dogothanhhien
16-04-2013, 09:30 AM
Bài 11 - Mạch kẹp và mạch giao hoán
Bài 1 - Lý thuyết bán dẫn (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2787-bai-1-ly-thuyet-ban-dan.html#post4991)
Bài 2- Phân tích mạch chứa diode (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2788-bai-2-phan-tich-mach-chua-diode.html#post4996)
Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor) (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2798-bai-3-transistor-luong-cuc-bipolar-junction-transistor.html)
Bài 4 - Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors) (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2789-bai-4-transistor-hieu-ung-truong-field-effect-transistors.html)
Bài 5 - Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2790-bai-5-cac-mach-khuech-dai-bjt-tin-hieu-nho.html)
Bài 6 - Mạch khuếch đại đa tầng (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2791-bai-6-mach-khuech-dai-da-tang.html)
Bài 7 - Khuếcg đại hồi tiếp âm và dao động sin (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2792-bai-7-khuecg-dai-hoi-tiep-am-va-dao-dong-sin.html)
Bài 8 - Các mạch sử dụng OPAMP (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2793-bai-8-cac-mach-su-deng-opamp.html)
Bài 9 - Mạch sửa dạng sóng tuyến tính RC (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2794-bai-9-mach-sua-dang-song-tuyen-tinh-rc.html)
Bài 10 - Mạch xén và mạch so sánh (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2795-bai-10-mach-xen-va-mach-so-sanh.html)
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2797-bai-12-mach-dao-dong-da-hai-multivibrator.html
11-1Mạch kẹpMột công việc thường được thực hiện đối với các tín hiệu tuần hoàn là đặt lại vị trí của đỉnh dương hoặc đỉnh âm của tín hiệu đến một mức tham khảo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif nào đó. Các mạch thực hiện việc này được gọi là mạch kẹp (clampping circuit). Nói chung, bất cứ khi nào một điểm trong mạch được kết nối qua một trở kháng thấp đến một nguồn tham khảo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif, ta nói là điểm đó được kẹp tại điện áp http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif, vì điện áp của điểm này sẽ không thể quá sai lệch so với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif. Mạch diode trong hình 10-2 là một ví dụ của mạch kẹp như vậy vì ngõ ra bị kẹp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif bất cứ khi nào ngõ vào vượt quá http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif. Trong các mạch này, chỉ một chiều thay đổi của điện áp là bị kẹp nên ta gọi chúng là các mạch kẹp một chiều. Hai diode có thể được dùng để tạo nên mạch kẹp hai chiều.
Như ta đã biết, khi một tín hiệu được đưa qua một mạch bằng cách ghép tụ, thành phần dc của tín hiệu sẽ bị mất. Trong những trường hợp này, mạch kẹp thường được dùng để phục hồi thành phần dc, do đó nó còn có tên là mạch tái tạo dc.
Dạng sóng
Xét hình 11-1, bao gồm một nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image004.gif với nội trở có thể bỏ qua, một tụ và một diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image006.gif. Giả sử là diode lý tưởng, tức là điểm gián đoạn của nó xảy ra tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif và điện trở phân cực thuận là không. Tín hiệu vào là một sóng sin bắt đầu tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image010.gif. Tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif không mang điện tích tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image010.gif. Ta sẽ tìm dạng sóng ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif trên diode.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image018.gif (http://diendandien.com)
Trong một phần tư chu kỳ đầu tiên, tín hiệu vào tăng từ không đến giá trị tối đa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image020.gif. Diode là lý tưởng nên áp rơi trên nó là không. Kết quả là trong suốt một phần tư chu kỳ đầu tiên, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image022.gif. Điện áp trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif tăng theo hình sin, tụ nạp điện thông qua nguồn và diode. Như vậy, lúc này http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif là không. Tại cuối của khoảng thời gian này áp rơi trên tụ là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image025.gif (http://diendandien.com).
Sau một phần tư chu kỳ này, tín hiệu bắt đầu giảm xuống, điện áp trên tụ không thể bám theo tín hiệu vào vì tụ không thể xả thông qua diode lúc này đang bị phân cực ngược. Điện áp trên tụ tiếp tục duy trì là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image025.gif, điện áp ngõ ra là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image027.gif. Trong suốt các chu kỳ tiếp theo, đỉnh dương của tín hiệu ra chỉ có thể đạt đến không. Diode không bao giờ dẫn trở lại và đỉnh dương của tín hiệu ra bị kẹp tại không.
Giả sử là sau khi đạt đến trạng thái xác lập, biên độ tín hiệu vào tăng lên. Khi đó, trong suốt một phần tư chu kỳ đầu tiên, diode sẽ lại dẫn. Điện áp dc trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif sẽ lại tăng và một lần nữa đỉnh dương của tín hiệu ra sẽ bị kẹp lại tại mức không. Nhưng nếu biên độ của tín hiệu vào giảm xuống thì điều gì sẽ xảy ra? Trong trường hợp này, rõ ràng là điện áp dc trên tụ cần phải giảm theo nhưng trong mạch hình 11-1 không có cách nào để làm được điều này. Để điện áp trên tụ có thể giảm, cần có một điện trở mắc shunt với tụ hoặc qua diode. Trong trường hợp thứ hai, tụ sẽ xả thông qua một mạch nối tiếp gồm điện trở shunt của diode và nội trở nguồn.
Mạch hình 11-2(a) trình bày trường hợp có điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif. Hình 11-2(b) vẽ dạng sóng ngõ ra cho trường hợp biên độ tín hiệu vào hình sin đột ngột giảm xuống. hai chu kỳ đầu tiên tương ứng với giai đoạn xác lập trước đó. Tại thời điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image031.gif, biên độ tín hiệu đột ngột giảm xuống. Vì tụ không thể xả một cách nhanh chóng, đỉnh dương của ngõ ra giảm xuống dưới không một chút trước khi bị kẹp lại tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif. Điện áp trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif giảm dần theo hàm mũ khi tụ xả và sau một vài chu kỳ, đỉnh dương sẽ bằng không trở lại. Trong trường hợp này, không giống với trường hợp không có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif, có dòng chảy qua tại mỗi đỉnh dương. Ngay cả khi điện áp trên tụ giảm đến giá trị làm cho đỉnh dương đạt đến không tụ vẫn tiếp tục xả thông qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif và nội trở nguồn. Lúc này diode sẽ hỗ trợ cho tụ điện. Vì tụ xả chậm nên diode không phải luôn dẫn mà chỉ cần dẫn trong một phần nhỏ của chu kỳ để nạp lại cho tụ các điện tích bị mất.
Ta thử xem dạng sóng xung quanh đỉnh dương khi diode dẫn. Phần dạng sóng này được trình bày trên hình 11-2(c). Nếu không có diode, tín hiệu sẽ đi theo đường đứt nét với đỉnh tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image034.gif (http://diendandien.com). Nhưng nhờ diode, phần tín hiệu giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image036.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image038.gif bị kẹp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif (http://diendandien.com). http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image038.gif là thời điểm tại đó tín hiệu sin vừa đạt đến không. Để ít méo dạng, tụ phải bị mất ít điện tích trong quá trình xả, điều này đòi hỏi thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image041.gif phải rất lớn khi so sánh với chu kỳ của tín hiệu.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image044.gif (http://diendandien.com)
11-2Mạch kẹp khi xét đến điện trở diode và nội trở nguồn
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image048.gifHình 11-3 là mạch đã được bổ sung nội trở nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image050.gif (http://diendandien.com) và một điện trở phân cực thuận cho diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif. Điện trởhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif có giá trị khoảng vài chục đến vài trăm ohms tùy theo loại diode được sử dung. Nội trở nguồn có thể bỏ qua hoặc có thể lên đến vài ngàn ohms tùy theo nguồn. Giả sử là điểm gián đoạn của diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image055.gif xảy ra tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif.
Như ta sẽ thấy, độ chính xác của mạch tùy thuộc vào điều kiện http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image058.gif. Để phân tích mạch ta có thể vẽ mạch tương đương của mạch này khi cần tính http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif như hình 11-4(a). Mạch hình 11-4(a) được dùng khi diode dẫn và hình 11-4(b) được dùng khi diode không dẫn. Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image058.gif là không đúng thì từ hình 11-4(a), http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif phải được thay bằng hai điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif mắc song song.Trong hình 11-4(b), nếu điện trở trong vùng tắt của diode không rất lớn hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif thì điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif cũng phải được thay bằng tổ hợp song song của hai điện trở. Trong một số trường hợp, trong mạch thật ra không có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif, điện trở này có thể là điện trở phân cực ngược http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image060.gif của diode.
Bài 1 - Lý thuyết bán dẫn (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2787-bai-1-ly-thuyet-ban-dan.html#post4991)
Bài 2- Phân tích mạch chứa diode (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2788-bai-2-phan-tich-mach-chua-diode.html#post4996)
Bài 3 - Transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor) (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2798-bai-3-transistor-luong-cuc-bipolar-junction-transistor.html)
Bài 4 - Transistor hiệu ứng trường (Field-Effect Transistors) (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2789-bai-4-transistor-hieu-ung-truong-field-effect-transistors.html)
Bài 5 - Các mạch khuếch đại BJT tín hiệu nhỏ (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2790-bai-5-cac-mach-khuech-dai-bjt-tin-hieu-nho.html)
Bài 6 - Mạch khuếch đại đa tầng (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2791-bai-6-mach-khuech-dai-da-tang.html)
Bài 7 - Khuếcg đại hồi tiếp âm và dao động sin (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2792-bai-7-khuecg-dai-hoi-tiep-am-va-dao-dong-sin.html)
Bài 8 - Các mạch sử dụng OPAMP (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2793-bai-8-cac-mach-su-deng-opamp.html)
Bài 9 - Mạch sửa dạng sóng tuyến tính RC (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2794-bai-9-mach-sua-dang-song-tuyen-tinh-rc.html)
Bài 10 - Mạch xén và mạch so sánh (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2795-bai-10-mach-xen-va-mach-so-sanh.html)
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2797-bai-12-mach-dao-dong-da-hai-multivibrator.html
11-1Mạch kẹpMột công việc thường được thực hiện đối với các tín hiệu tuần hoàn là đặt lại vị trí của đỉnh dương hoặc đỉnh âm của tín hiệu đến một mức tham khảo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif nào đó. Các mạch thực hiện việc này được gọi là mạch kẹp (clampping circuit). Nói chung, bất cứ khi nào một điểm trong mạch được kết nối qua một trở kháng thấp đến một nguồn tham khảo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif, ta nói là điểm đó được kẹp tại điện áp http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif, vì điện áp của điểm này sẽ không thể quá sai lệch so với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif. Mạch diode trong hình 10-2 là một ví dụ của mạch kẹp như vậy vì ngõ ra bị kẹp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif bất cứ khi nào ngõ vào vượt quá http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image002.gif. Trong các mạch này, chỉ một chiều thay đổi của điện áp là bị kẹp nên ta gọi chúng là các mạch kẹp một chiều. Hai diode có thể được dùng để tạo nên mạch kẹp hai chiều.
Như ta đã biết, khi một tín hiệu được đưa qua một mạch bằng cách ghép tụ, thành phần dc của tín hiệu sẽ bị mất. Trong những trường hợp này, mạch kẹp thường được dùng để phục hồi thành phần dc, do đó nó còn có tên là mạch tái tạo dc.
Dạng sóng
Xét hình 11-1, bao gồm một nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image004.gif với nội trở có thể bỏ qua, một tụ và một diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image006.gif. Giả sử là diode lý tưởng, tức là điểm gián đoạn của nó xảy ra tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif và điện trở phân cực thuận là không. Tín hiệu vào là một sóng sin bắt đầu tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image010.gif. Tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif không mang điện tích tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image010.gif. Ta sẽ tìm dạng sóng ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif trên diode.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image018.gif (http://diendandien.com)
Trong một phần tư chu kỳ đầu tiên, tín hiệu vào tăng từ không đến giá trị tối đa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image020.gif. Diode là lý tưởng nên áp rơi trên nó là không. Kết quả là trong suốt một phần tư chu kỳ đầu tiên, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image022.gif. Điện áp trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif tăng theo hình sin, tụ nạp điện thông qua nguồn và diode. Như vậy, lúc này http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif là không. Tại cuối của khoảng thời gian này áp rơi trên tụ là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image025.gif (http://diendandien.com).
Sau một phần tư chu kỳ này, tín hiệu bắt đầu giảm xuống, điện áp trên tụ không thể bám theo tín hiệu vào vì tụ không thể xả thông qua diode lúc này đang bị phân cực ngược. Điện áp trên tụ tiếp tục duy trì là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image025.gif, điện áp ngõ ra là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image027.gif. Trong suốt các chu kỳ tiếp theo, đỉnh dương của tín hiệu ra chỉ có thể đạt đến không. Diode không bao giờ dẫn trở lại và đỉnh dương của tín hiệu ra bị kẹp tại không.
Giả sử là sau khi đạt đến trạng thái xác lập, biên độ tín hiệu vào tăng lên. Khi đó, trong suốt một phần tư chu kỳ đầu tiên, diode sẽ lại dẫn. Điện áp dc trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif sẽ lại tăng và một lần nữa đỉnh dương của tín hiệu ra sẽ bị kẹp lại tại mức không. Nhưng nếu biên độ của tín hiệu vào giảm xuống thì điều gì sẽ xảy ra? Trong trường hợp này, rõ ràng là điện áp dc trên tụ cần phải giảm theo nhưng trong mạch hình 11-1 không có cách nào để làm được điều này. Để điện áp trên tụ có thể giảm, cần có một điện trở mắc shunt với tụ hoặc qua diode. Trong trường hợp thứ hai, tụ sẽ xả thông qua một mạch nối tiếp gồm điện trở shunt của diode và nội trở nguồn.
Mạch hình 11-2(a) trình bày trường hợp có điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif. Hình 11-2(b) vẽ dạng sóng ngõ ra cho trường hợp biên độ tín hiệu vào hình sin đột ngột giảm xuống. hai chu kỳ đầu tiên tương ứng với giai đoạn xác lập trước đó. Tại thời điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image031.gif, biên độ tín hiệu đột ngột giảm xuống. Vì tụ không thể xả một cách nhanh chóng, đỉnh dương của ngõ ra giảm xuống dưới không một chút trước khi bị kẹp lại tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif. Điện áp trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image012.gif giảm dần theo hàm mũ khi tụ xả và sau một vài chu kỳ, đỉnh dương sẽ bằng không trở lại. Trong trường hợp này, không giống với trường hợp không có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif, có dòng chảy qua tại mỗi đỉnh dương. Ngay cả khi điện áp trên tụ giảm đến giá trị làm cho đỉnh dương đạt đến không tụ vẫn tiếp tục xả thông qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif và nội trở nguồn. Lúc này diode sẽ hỗ trợ cho tụ điện. Vì tụ xả chậm nên diode không phải luôn dẫn mà chỉ cần dẫn trong một phần nhỏ của chu kỳ để nạp lại cho tụ các điện tích bị mất.
Ta thử xem dạng sóng xung quanh đỉnh dương khi diode dẫn. Phần dạng sóng này được trình bày trên hình 11-2(c). Nếu không có diode, tín hiệu sẽ đi theo đường đứt nét với đỉnh tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image034.gif (http://diendandien.com). Nhưng nhờ diode, phần tín hiệu giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image036.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image038.gif bị kẹp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif (http://diendandien.com). http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image038.gif là thời điểm tại đó tín hiệu sin vừa đạt đến không. Để ít méo dạng, tụ phải bị mất ít điện tích trong quá trình xả, điều này đòi hỏi thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image041.gif phải rất lớn khi so sánh với chu kỳ của tín hiệu.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image044.gif (http://diendandien.com)
11-2Mạch kẹp khi xét đến điện trở diode và nội trở nguồn
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image048.gifHình 11-3 là mạch đã được bổ sung nội trở nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image050.gif (http://diendandien.com) và một điện trở phân cực thuận cho diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif. Điện trởhttp://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif có giá trị khoảng vài chục đến vài trăm ohms tùy theo loại diode được sử dung. Nội trở nguồn có thể bỏ qua hoặc có thể lên đến vài ngàn ohms tùy theo nguồn. Giả sử là điểm gián đoạn của diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image055.gif xảy ra tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image008.gif.
Như ta sẽ thấy, độ chính xác của mạch tùy thuộc vào điều kiện http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image058.gif. Để phân tích mạch ta có thể vẽ mạch tương đương của mạch này khi cần tính http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image015.gif như hình 11-4(a). Mạch hình 11-4(a) được dùng khi diode dẫn và hình 11-4(b) được dùng khi diode không dẫn. Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image058.gif là không đúng thì từ hình 11-4(a), http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif phải được thay bằng hai điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image052.gif mắc song song.Trong hình 11-4(b), nếu điện trở trong vùng tắt của diode không rất lớn hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif thì điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif cũng phải được thay bằng tổ hợp song song của hai điện trở. Trong một số trường hợp, trong mạch thật ra không có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image029.gif, điện trở này có thể là điện trở phân cực ngược http://dientuvn.com/home/books/ktdt/11_files/image060.gif của diode.