Mạch điện tử tương tự - chương 10

MẠCH DAO ÐỘNG (Oscillators)Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch căn bản của ngành điện tử. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễn thông. Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu. Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa (harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn - relaxation oscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạch điện tử tương tự - chương 10Chương 10: Mạch dao độngChương 10 MẠCH DAO ÐỘNG (Oscillators) Ngoài các mạch khuếch đại điện thế và công suất, dao động cũng là loại mạch cănbản của ngành điện tử. Mạch dao động được sử dụng phổ biến trong các thiết bị viễnthông. Một cách đơn giản, mạch dao động là mạch tạo ra tín hiệu. Tổng quát, người ta thường chia ra làm 2 loại mạch dao động: Dao động điều hòa(harmonic oscillators) tạo ra các sóng sin và dao động tích thoát (thư giãn - relaxationoscillators) thường tạo ra các tín hiệu không sin như răng cưa, tam giác, vuông (sawtooth,triangular, square).10.1 MẠCH DAO ÐỘNG SIN TẦN SỐ THẤP: Ta xem lại mạch khuếch đại có hồi tiếp - Nếu pha của vf lệch 1800 so với vs ta có hồi tiếp âm. - Nếu pha của vf cùng pha với vs (hay lệch 3600) ta có hồi tiếp dương. Ðộ lợi của mạch khi có hồi tiếp:Trương Văn Tám X-1 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động Trường hợp đặc biệt βAv = 1 được gọi là chuẩn cứ Barkausen (Barkausencriteria), lúc này Af trở nên vô hạn, nghĩa là khi không có tín hiệu nguồn vs mà vẫn có tínhiệu ra v0, tức mạch tự tạo ra tín hiệu và được gọi là mạch dao động. Tóm lại điều kiện đểcó dao động là: βAv=1 θA + θB = 00 (3600) điều kiện này chỉ thỏa ở một tần số nào đó, nghĩa là Btrong hệ thống hồi tiếp dương phải có mạch chọn tần số. Nếu βAv >> 1 (đúng điều kiện pha) thì mạch dao động đạt ổn định nhanhnhưng dạng sóng méo nhiều (thiên về vuông) còn nếu βAv > 1 và gần bằng 1 thì mạchđạt đến độ ổn định chậm nhưng dạng sóng ra ít méo. Còn nếu βAv < 1 thì mạch khôngdao động được. 10.1.1 Dao động dịch pha (phase shift oscillator): - Tạo sóng sin tần số thấp nhất là trong dải âm tần. - Còn gọi là mạch dao động RC. - Mạch có thể dùng BJT, FET hoặc Op-amp. - Thường dùng mạch khuếch đại đảo (lệch pha 1800) nên hệ thống hồi tiếpphải lệch pha thêm 1800 để tạo hồi tiếp dương. a. Nguyên tắc: - Hệ thống hồi tiếp gồm ba mắc R-C, mỗi mắc có độ lệch pha tối đa 900 nênđể độ lệch pha là 1800 phải dùng ba mắc R-C. - Mạch tương đương tổng quát của toàn mạch dao động dịch pha được môtả ở hình 10.2Trương Văn Tám X-2 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động Nếu Ri rất lớn và R0 nhỏ không đáng kể Ta có: v0 = v1 = Av.vi vi = v2 - Hệ thống hồi tiếp gồm 3 măc C-R, và được vẽ lại như hình 10.3. - Ðể phân giải mạch ta theo 4 bước: + Viết phương trình tính độ lợi điện thế β = v2/v1 của hệ thống hồi tiếp. + Rút gọn thành dạng a + jb + Cho b = 0 để xác định tần số dao động f0 + Thay f0 vào phương trình của bước 1 để xác định giá trị của β tại f0. Từ đó:Trương Văn Tám X-3 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động Và: Ðể mạch lệch pha 1800:Trương Văn Tám X-4 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động Thay ω0 vào biểu thức của β ta tìm được: b. Mạch dịch pha dùng op-amp: - Do op-amp có tổng trở vào rất lớn và tổng trở ra không đáng kể nên mạch daođộng này minh họa rất tốt cho chuẩn cứ Barkausen. Mạch căn bản được vẽ ở hình 10.4 - Tần số dao động được xác định bởi:Trương Văn Tám X-5 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động c. Mạch dao động dịch pha dùng FET: - Do FET có tổng trở vào rất lớn nên cũng thích hợp cho loại mạch này. - Tổng trở ra của mạch khuếch đại khi không có hồi tiếp:R0 = RD||rD phải thiết kế sao cho R0 không đáng kể so với tổng trở vào của hệ thống hồitiếp 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 tùythuộc vào R0 (xem mạch dùng BJT). - Ðộ lợi vòng hở của mạch: Av = -gm(RD||rD) ≥ 29 nên phải chọn Fet có gm, rD lớnvà phải thiết kế với RD tương đối lớn. d. Mạch dùng BJT: - Mạch khuếch đại là cực phát chung có hoặc không có tụ phân dòng cựcphát.Trương Văn Tám X-6 Mạch Điện TửChương 10: Mạch dao động - Ðiều kiện tổng trở vào của mạch không thỏa mãn nên điện trở R cuốicùng của hệ thống hồi tiếp là: R = R’ + (R1||R2||Zb) (10.8) Với Zb = βre nếu có CE và Zb = β(re + RE) nếu không có CE. - Tổng trở của mạch khi chưa có hồi tiếp R0 ≈ RC không nhỏ lắm nên làmảnh hưởng đến tần số dao động. ...