Bài 12 - Mạch dao động đa hài (multivibrator)

[forimex]

Bài 12 - Mạch dao động đa hài


Bài 1 - Lý thuyết bán dẫn (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2787-bai-1-ly-thuyet-ban-dan.html#post4991)
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2788-bai-2-phan-tich-mach-chua-diode.html (http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2788-bai-2-phan-tich-mach-chua-diode.html#post4996)
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2798-bai-3-transistor-luong-cuc-bipolar-junction-transistor.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2789-bai-4-transistor-hieu-ung-truong-field-effect-transistors.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2790-bai-5-cac-mach-khuech-dai-bjt-tin-hieu-nho.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2791-bai-6-mach-khuech-dai-da-tang.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2792-bai-7-khuecg-dai-hoi-tiep-am-va-dao-dong-sin.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2793-bai-8-cac-mach-su-deng-opamp.html
http://diendandien.com/dien-dien-tu-co-ban/2794-bai-9-mach-sua-dang-song-tuyen-tinh-rc.html
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/2796-bai-11-mach-kep-va-mach-giao-hoan.html
12-1Mạch dao động đa hài hai trạng thái bền (bistable multivibrator)Mạch bistable là mạch có thể có một trong hai trạng thái bền (stable state) và có thể chuyển từ trạng thái bền này sang trạng thái bền kia bằng một kích thích bên ngoài (trigger). Mạch hai trạng thái bền được dùng nhiều trong các thao tác trên tín hiệu số như đếm, lưu trữ thông tin nhị phân,… Mạch bistable còn có tên gọi khác là mạch binary, flip-flop.
12-1-1 Các trạng thái bền của mạch binary
Hình 12-1 biểu diễn sơ đồ của một mạch binary. Các linh kiện http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image002.gif (http://diendandien.com) là các transistor; ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image004.gif là base của transistor, ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image006.gif là collector của transistor và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image008.gif là emitter. Cực tính của nguồn cung cấp trên hình là dành cho transistor loại NPN. Lưu ý là ngõ ra của mỗi bộ khuếch đại được ghép đến ngõ vào của bộ khuếch đại kia.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image012.gif
Vì tính đối xứng của mạch nên có thể dòng tĩnh của mỗi transistor là như nhau. Điều này sẽ đúng nếu cả hai transistor đều được phân cực đủ âm để tắt hoặc đủ dương để bão hòa. Tuy nhiên, trong thực tế, trạng thái này ít được sử dụng như ta sẽ thấy ở các phân tích sau.
Bây giờ ta thử xét trường hợp cả hai transistor đều làm việc trong vùng tích cực với dòng như nhau. Trong trường hợp này ta có thể tìm được dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image014.gif phù hợp với định luật Kirchhoff và đặc tính linh kiện. Tuy nhiên, trạng thái này sẽ là trạng thái không bền (unstable state) của mạch. Ta giả sử là dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif (http://diendandien.com) có một thay đổi nhỏ. Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif tăng thì điện áp tại ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif sẽ giảm và ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif (http://diendandien.com) sẽ giảm theo. Sự thay đổi này sẽ được khuếch đại đảo bởi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif và ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif sẽ tăng. Do đó, điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif sẽ trở nên dương hơn và kết quả là dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif sẽ tăng hơn nữa. Chu trình này lặp lại bản thân nó. Dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif tiếp tục tăng và dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image030.gif tiếp tục giảm, trạng thái của mạch sẽ di chuyển ra xa trạng thái khởi đầu của nó. Điều này xảy ra là do mạch có hồi tiếp dương và sẽ chỉ xảy ra nếu độ lợi vòng của mạch lớn hơn một.
Từ thảo luận ở trên ta thấy là trạng thái bền của một mạch binary sẽ là trạng thái mà trong đó dòng và áp thỏa mãn định luật Kirchhoff; phù hợp đặc tính linh kiện; nhưng thêm vào đó, độ lợi vòng phải nhỏ hơn một. Về mặt nguyên lý, để flip-flop ở vào trạng thái bền thì cả hai transistor sẽ tắt hoặc cả hai bị bão hòa.
Trong thực tế, để mạch binary ở trong trạng thái bền, ta chỉ cần một transistor tắt và transistor kia bão hòa là đủ. Nếu như ta phân cực cho một transistor tắt, transistor còn lại hoạt động trong vùng tích cực. Khi nhiệt độ thay đổi hoặc do tuổi thọ của linh kiện và các thông số linh kiện thay đổi, điểm tĩnh có thể thay đổi và điện áp ngõ ra có thể thay đổi đáng kể. Thậm chí, khi đó transistor được phân cực trong vùng tích cực có thể sẽ bị tắt.
Do đó, các mạch binary thường được phân cực sao cho trong một trạng thái bền, một linh kiện sẽ tắt và linh kiện còn lại sẽ ở vào trạng thái bão hòa.
12-1-2 Mạch binary dùng transistor
Một mạch binary dùng transistor được vẽ trong hình 12-2. Gần như toàn bộ áp nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image032.gif sẽ đặt lên transistor bị tắt. Do đó, điện áp này phải nhỏ hơn điện áp đánh thủng collector của transistor http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image034.gif, thường có giá trị khoảng vài chục volt.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image036.gif (http://diendandien.com)
Khi transistor bão hòa, dòng collector http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image038.gif là tối đa. Do đó, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image040.gif phải được chọn sao cho giá trị này của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image042.gif không vượt quá dòng cho phép tối đa. Các giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image046.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image048.gif phải được chọn để trong một trạng thái, dòng base phải đủ lớn để lái transistor bão hòa; và trong trạng thái thứ hai, chuyển tiếp emitter – base phải nằm trong vùng tắt. Tín hiệu tại collector, được gọi là dao động ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image050.gif (http://diendandien.com), là sự thay đổi của điện áp collector khi có sự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái kia, tức là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image052.gif. Nếu tải http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif có thể bỏ qua, điện áp collector của transistor bị tắt là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image032.gif. Vì điện áp bão hòa collector khoảng vài chục milivolt nên dao động http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image054.gif (http://diendandien.com) độc lập với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image040.gif.
Các nhà chế tạo transistor dùng trong các mạch binary thường xác định đặc tính bão hòa và tắt cho transistor. Dòng ngược bão hòa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image057.gif của transistor phụ thuộc nhiệt độ. Hệ số khuếch đại dòng dc trong cấu hình CE, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image059.gif, được xác định như một hàm của dòng collector http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image038.gif. Điện áp bão hòa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image062.gif là hàm của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image038.gif và dòng base http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image064.gif. Tương tự, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image066.gif (http://diendandien.com) là phụ thuộc vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image038.gif (http://diendandien.com) và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image064.gif.

[nambinhnam]

Ví dụ 12-1
Tính dòng và áp trong trạng thái bền của mạch binary trong hình 12-2. Giả sử giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image059.gif tối thiểu là 20.
Hướng dẫn
Mạch hình 12-3(a) vẽ kết nối giữa base của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif (http://diendandien.com) và collector của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif; và hình 12-3(b) vẽ kết nối giữa collector của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif và base của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif. Giả sử transistor http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif là tắt và transistor http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif là dẫn. Vì điện áp bão hòa nhỏ (khoảng vài chục milivolt) nên đầu tiên ta thử bỏ qua chúng và giả sử http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image075.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image077.gif. Từ hình 12-3(a) ta có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif (http://diendandien.com) bão hòa và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif tắt. Do đó, nếu bỏ qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image057.gif (http://diendandien.com)

http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image080.gif (http://diendandien.com)

Vì điện áp cần để tắt transistor là khoảng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image082.gif (đối với Ge) hoặc http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image084.gif (đối với Si) nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif thật sự tắt.
Để xác nhận là với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif tắt, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif thật sự bão hòa ta sẽ tính dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image087.gif. Từ hình 12-3(a), bỏ qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image057.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image090.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image092.gif
và
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image094.gif (http://diendandien.com)

Nếu loại transistor là xác định thì dòng base tối thiểu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image096.gif cần để có dòng bão hòa collector là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image098.gif có thể đọc được từ đặc tuyến collector. Trong ví dụ này, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image059.gif đã xác định nhưng không có đặc tuyến nên ta có thể dùng công thức thay thế để tìm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image096.gif để bão hòa
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image101.gif
Từ hình 12-3(b) ta có thể tính dòng base của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif. Do đó
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image103.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image105.gif (http://diendandien.com)

và
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image107.gif
Vì các giá trị này vượt quá dòng base tối thiểu (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image109.gif) cần để bão hòa, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif thật sự bão hòa. Điện áp collector của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif từ hình 12-3(b) là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image111.gif
Tóm lại, một trạng thái bền của mạch binary được xác định bằng áp và dòng như sau
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image113.gif
Trạng thái bền thứ hai là trạng thái trong đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif tắt và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif dẫn. Khi đó, các đại lượng dòng áp đã tính ở trên được tráo đổi lẫn nhau giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif. Dao động ngõ ra là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image115.gif, xấp xỉ điện áp cung cấp tại collector là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image117.gif.
Các giả sử (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image075.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image077.gif) đã dùng trong ví dụ này có thể bỏ đi khi sử dụng đặc tuyến từ nhà chế tạo. Ví dụ, nếu transistor là loại 2N914 thì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image121.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image123.gif (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image125.gif), http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image127.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image129.gif. Sử dụng các điện áp này ta có thể tính lại dòng và áp của các trạng thái bền. Ví dụ, từ hình 12-3(a) với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image131.gif, dùng nguyên lý xếp chồng ta có
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image133.gif (http://diendandien.com)

và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif là Off. Từ hình 12-3(a), ta cũng có thể tính được
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image135.gif (http://diendandien.com)

[minhanh.co]

Từ hình 12-3(b) với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image137.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image139.gif
và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image141.gif. Vì giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image096.gif này vượt quá http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image143.gif nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif là dẫn bão hòa. Vì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image145.gif, các giá trị mới của trạng thái bền là

http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image147.gif
Khi so sánh hai tập kết quả trên, ta thấy là việc giả sử transistor bão hòa chỉ gây ra các kết quả có sai số nhỏ. Sai số này có thể được bỏ qua nếu các điện áp trong mạch là lớn khi so với các điện áp của chuyển tiếp.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image149.gif (http://diendandien.com)

[thanhquy]

Mạch binary có thể được dùng để lái các mạch khác nên tại một hoặc cả hai collector có thể có tải. Các tải này phải được xét đến khi tính toán vì chúng làm giảm biên độ của điện áp collector http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image151.gif của transistor tắt. Ảnh hưởng đầu tiên là tải làm giảm dao động ngõ ra. Hơn nữa, giảm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image151.gif sẽ làm giảm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image096.gif và do đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif có thể không bị bão hòa. Vì vậy, các thành phần của mạch phải được chọn để khi tải nặng nhất, một transistor vẫn bị bão hòa trong khi transistor kia tắt.
Vì điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif (http://diendandien.com) cũng là tải của transistor tắt, ta nên dùng giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif lớn so với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image040.gif (http://diendandien.com). Tuy nhiên, để đảm bảo độ lợi vòng phải vượt quá đơn vị trong quá trình chuyển giữa hai trạng thái, ta phải có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image154.gif .

Đối với vài ứng dụng (trong máy tính), tải sẽ khác nhau khi các toán tử khác nhau được thực thi. Đối với các mạch như vậy, điều kiện để transistor bị bão hòa là thay đổi. Một dao động ngõ ra hằng số http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image156.gif (http://diendandien.com) và dòng bão hòa base hằng số http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image096.gif có thể có được bằng cách kẹp collector đến một điện áp phụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image159.gif thông qua diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image161.gif (http://diendandien.com) và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image163.gif như hình 12-6. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif tắt, điện áp collector nâng lên và khi nó đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image165.gif, diode http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image161.gif dẫn và kẹp ngõ ra tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image165.gif (ngoại trừ một điện áp rơi nhỏ trên diode).

[trhai_co]

Một flip-flop sẽ giữ nguyên trạng thái bền của nó cho đến khi có một tín hiệu kích thích bên ngoài (thường được gọi là tín hiệu trigger), ví dụ như một xung. Có nhiều trường hợp ta muốn flip-flop phải thay đổi trạng thái một cách nhanh chóng ngay sau khi có tín hiệu trigger. Thời gian chuyển được định nghĩa là khoảng thời gian cần để chuyển từ trạng thái này sang trang thái kia. Thời gian chuyển có thể được giảm xuống bằng cách tạo ra các điện dung nhỏ song song với điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif của flip-flop. Một flip-flop với các tụ này được vẽ trong hình 12-4. Vì các tụ này hỗ trợ cho mạch binary trong việc tạo ra các chuyển trạng thái nhanh, chúng được gọi là các tụ giao hoán (commutating capacitor) , tụ tăng tốc (speed-up capacitor).
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image169.gif (http://diendandien.com)
Giả sử là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif dẫn và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif tắt và để tạo ra sự chuyển trạng thái thì một xung âm được đặt vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif. Điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif sẽ tăng lên nhanh chóng và ta muốn sự tăng lên này được truyền đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif với độ trễ tối thiểu. Linh kiện http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif có điện dung ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image175.gif, nếu không có http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif, cấu hình mạch bao gồm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image046.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image175.gif (http://diendandien.com). Lúc này, nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif nâng lên với thời gian lên có thể bỏ qua thì điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif sẽ tăng lên với thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image180.gif (http://diendandien.com), trong đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif song song với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image046.gif. Tốc độ nâng lên của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif có thể được tăng lên bằng cách bổ sung tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif. Nếu tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif có điện dung vô cùng lớn thì điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif sẽ nâng lên cùng một tốc độ như điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif (http://diendandien.com) và toàn bộ biên độ điện áp sẽ được truyền qua tụ. Tuy nhiên, giá trị tụ quá lớn cũng là một khuyết điểm.
Điện áp trên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image184.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif là không giống nhau vì transistor một bên dẫn còn một bên tắt. Ví dụ, trong hình 12-4, điện áp trên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image184.gif là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image187.gif và điện áp trên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image190.gif với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif tắt và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif dẫn. Khi mạch được trigger để http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif dẫn và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif tắt, điện áp trên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image184.gif phải thay đổi đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image193.gif và đối với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image195.gif. Khi đó flip-flop sẽ không ở trong trạng thái mới một cách hoàn toàn cho đến khi quá trình thay đổi điện áp trên tụ hoàn tất. Lúc này, một xung trigger kế tiếp sẽ phải chờ quá trình này kết thúc mới có thể thực hiện chuyển đổi trạng thái. Khoảng thời gian nhỏ nhất giữa hai lần trigger liên tiếp được gọi là thời gian phân giải (resolving time) của flip-flop và nghịch đảo của nó là tần số tối đa mà flip-flop có thể đáp ứng.
Nếu mạch binary được trigger để http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif tắt và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif dẫn, mạch tương đương để tính thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image197.gif khi có tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif được cho trong hình 12-5(a). Nếu trở kháng ngõ ra của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif (bao gồm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image199.gif) là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image201.gif, thì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image203.gif, với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif bằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif song song với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image206.gif. Đối với một transistor bão hòa, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image201.gif rất nhỏ hơn so với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image046.gif nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image208.gif.

[windy]

Tương tự, từ hình 12-5(b) ta có thể tính được thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image210.gif kết hợp với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image184.gif. Điện trở ngõ vào của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image212.gif. Giá trị của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image212.gif ít khi vượt quá http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image214.gif và thường http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image216.gif. Do đó, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image218.gif với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image220.gif là tổ hợp song song của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image222.gif. Vì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image222.gif (http://diendandien.com) thường nhỏ hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image044.gif hoặc http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image046.gif nên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image225.gif và
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image227.gif (http://diendandien.com) (12-1)
với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image229.gif là điện dung giao hoán.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image231.gif
Nếu điện dung ngõ vào khi tính đến hiệu ứng Miller là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image175.gif thì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif có thể được chọn theo công thức
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image234.gif (12-2)
Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image236.gif là thời gian cho phép giữa hai lần trigger thì tần số hoạt động tối đa là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image238.gif (http://diendandien.com) (12-3)

[dicso4]

http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image241.gifMột dạng mạch bistable quan trọng được vẽ trong hình 12-6. Mạch này được gọi tên là mạch Schmitt trigger.














Cũng như mạch cơ bản trong hình 12-1, mạch này chỉ có hai trạng thái bền vì vòng hồi tiếp dương với độ lợi vòng lớn hơn đơn vị. Ta sẽ phân tích mạch này kỹ hơn bằng cách giả sử là ta đã hiệu chỉnh để độ lợi vòng nhỏ hơn đơn vị. Một cách, trong nhiều khả năng, để hiệu chỉnh độ lợi là giảm các điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image243.gif (http://diendandien.com). Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image243.gif (http://diendandien.com) đủ nhỏ thì sự tái tạo tín hiệu là không thể. Do đó, mạch sẽ không hoạt động như một flip-flop mà có thể dùng như một bộ khuếch đại. Giả sử là mạch là một bộ khuếch đại với ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif và ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image247.gif như hình 12-6.
Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif đang dẫn thì trên http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image249.gif sẽ có điện áp rơi làm cho emitter của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif nâng lên. Kết quả là nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif đủ nhỏ thì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif sẽ tắt. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif tăng lên, mạch sẽ không đáp ứng cho đến khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif đến điểm cắt. Lúc đó, ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image247.gif sẽ là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image253.gif với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image030.gif là dòng qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image256.gif để http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif tắt. Với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif đang dẫn, mạch sẽ ở chế độ khuếch đại và vì độ lợi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image258.gif dương nên ngõ ra sẽ tăng khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif tăng. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif tiếp tục tăng, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif tiếp tục rơi xuống và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image260.gif tăng lên. Do đó, sẽ có thời điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif đủ lớn làm cho http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif bị tắt. Tại điểm này, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image262.gif (ở đây ta bỏ qua dòng ngược bão hòa) và ngõ ra sẽ lại không đáp ứng theo ngõ vào. Đồ thị của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image247.gif theo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif được vẽ trong hình 12-7(a). Điện áp tại đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif bị tắt là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image264.gif.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image268.gif (http://diendandien.com)
Bây giờ giả sử ta tăng độ lợi vòng bằng cách tăng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image243.gif. Ảnh hưởng của sự thay đổi này trên điểm cắt http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image264.gif có thể bỏ qua. Tuy nhiên, trong vùng tích cực, độ lợi khuếch đại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image258.gif sẽ tăng và kết quả là độ dốc của phần đi lên trong hình 12-7(a) sẽ dốc hơn. Độ dốc này sẽ tiếp tục tăng cùng với sự gia tăng của độ lợi vòng cho đến khi độ lợi vòng là đơn vị. Tại đó, độ dốc sẽ là không xác định. Và cuối cùng, khi độ lợi vòng lớn hơn đơn vị, độ dốc đảo ngược dấu và đồ thị của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image247.gif theo http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif có dạng như hình 12-7(b).
Đường cong trong hình 12-7(b) có thể được dùng để mô tả hoạt động của mạch. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif nâng lên từ không, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image247.gif sẽ giữ tại ngưỡng thấp cho đến khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif đạt đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif vượt quá http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif mạch sẽ đột ngột chuyển sang ngưỡng cao. Tương tự, nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif ban đầu là lớn hơn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif thì khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif giảm, ngõ ra sẽ giữ tại ngưỡng cao cho đến khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif đến giá trị http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image274.gif và tại điểm này mạch sẽ đột ngột chuyển xuống mức thấp. Ta nói rằng mạch có tính chất trễ.
Một đường thẳng đứng tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image276.gif (http://diendandien.com) nằm giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image274.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif sẽ cắt đồ thị tại ba điểm. Các điểm trên và dưới cùng, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image278.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image280.gif, là các điểm ổn định. Điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image282.gif là điểm không ổn định. Tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image276.gif mạch sẽ hoặc ở điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image278.gif hoặc ở điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image280.gif tùy thuộc vào hướng của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image245.gif. Khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image276.gif trong giới hạn giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image274.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif, mạch Schmitt trigger sẽ ở vào một trong hai trạng thái bền nên mạch là dạng bistable.

[lds]

Sơ đồ mạch trong hình 12-8 là mạch monostable. Các cực tính của nguồn cung cấp chỉ trong hình là dành cho transistor loại NPN. Ở đây, cũng giống như trong mạch binary, ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif được ghép đến ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif thông qua một cầu phân áp điện trở, trong đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image177.gif là một tụ giao hoán nhỏ. Tụ này có cùng mục đích như đã xét trong phần trên. Ghép dc mà ta đã thấy trong mạch binary từ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif được thay bằng ghép thông qua tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image286.gif. Điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif tại ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif tạo nên đường trả về nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif. Điều này không bắt buộc, điện trở này có thể được nối đến một điện áp thấp hơn.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image291.gif (http://diendandien.com)
Ta giả sử là các thông số của mạch được hiệu chỉnh sao cho nó ở trong trạng thái bền với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif tắt và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif dẫn. Mạch này sẽ có thể đi ra khỏi trạng thái bền khi một xung trigger âm được đặt tại ngõ vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif hoặc http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif. Ta cần phải lưu ý là tín hiệu trigger là không đối xứng, nó chỉ được đặt lên một ngõ vào chứ không phải hai ngõ vào đồng thời.
Giả sử là một xung trigger được đặt vào http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif và làm cho http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif tắt hoàn toàn. Điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif sẽ nâng lên xấp xỉ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif, và vì có tụ giữa http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image027.gif, tầng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif sẽ đi vào trạng thái dẫn. Linh kiện này có thể được lái vào vùng bão hòa hoặc có thể hoạt động trong vùng tích cực. Trong cả hai trường hợp, dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif sẽ chảy qua điện trở ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image199.gif của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif, và điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif đột ngột rơi xuống một lượng là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image294.gif. Điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif rơi cùng một lượng vì điện áp trên tụ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image286.gif không thể thay đổi tức thời. Mạch monostable bây giờ đang ở trạng thái giống như bền (quasi-stable).
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image302.gif (http://diendandien.com)

[minhthuco]

Mạch sẽ tiếp tục ở trong trạng thái giống như bền này chỉ trong khoảng thời gian http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image304.gif vì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif được nối đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif qua điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif. Do đó http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif sẽ nâng điện áp lên, và khi đạt đến điện áp ngưỡng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image306.gif của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif sẽ tắt và mạch trở lại trạng thái bền khởi đầu. Bây giờ ta sẽ xem cái gì ảnh hưởng lên thời gian mạch ở trạng thái giống như bền. Trong khoảng thời gian http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image023.gif tắt, các thay đổi điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif có thể được tính từ mạch 12-9. Trong mạch này tầng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif được thay bằng mạch tương đương với nguồn http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image308.gif và điện trở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image201.gif biểu diễn trở kháng trở kháng ngõ ra của bộ khuếch đại kể cả http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image199.gif. Dạng sóng điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif được vẽ trong hình 12-10. Sự chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng thái giống như ổn định xảy ra tại thời điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image310.gif. Nếu ta đặt http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image311.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image312.gif thì khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image314.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image316.gif, điện áp bão hòa base của transistor. Vì http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif là ghép qua tụ, một sự thay đổi đột ngột của điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif phải tạo ra một sự gián đoạn tương tự trong điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image021.gif. Tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image318.gif, điện áp tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image019.gif rơi xuống một lượng là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image294.gif. Vì vậy, tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image318.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image321.gif. Điện áp http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image322.gif sẽ nâng lên theo lũy thừa hướng đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif với thời hằng
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image324.gif
Vì tại http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image326.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image328.gif nên điện áp ngõ vào tầng hai là
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image330.gif (http://diendandien.com) (12-4)
Sự nâng lên này chỉ tiếp tục cho đến khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image322.gif nâng lên đến điện áp http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image306.gif, tại thời điểm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image333.gif đó, một sự chuyển ngược lại sẽ xảy ra. Giải biểu thức trên cho http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image333.gif khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image336.gif ta có
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image338.gif (12-5)
Trong biểu thức này, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image340.gif là điện áp bão hòa (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image342.gif đối với Ge và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image344.gif đối với Si), http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image306.gif là điện áp ngưỡng tắt (http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image082.gif đối với Ge và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image348.gif đối với Si). Ta có thể sử dụng giá trị trong bảng 12-1 để tính cho các điện áp ngưỡng tắt và bão hòa.




http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image062.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image311.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image351.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image312.gif
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image354.gif


Si
0.3
0.7
0.6
0.5
0.0


Ge
0.1
0.3
0.2
0.1
-0.1



Bảng 12-1
Các giá trị điện áp chuyển tiếp thông thường của transistor NPN ở http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image356.gif.

http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image360.gif (http://diendandien.com)

[khangdn]

Ký hiệu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image304.gif là thời gian trễ (delay time), hay còn được gọi là độ rộng xung (pulse width). Thời gian trễ http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image304.gif có thể được thay đổi bằng cách thay đổi thời hằng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image197.gif hoặc http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif. Dòng http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif, chảy qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image171.gif khi linh kiện dẫn, được điều khiển bằng dòng base. Dòng ngõ vào này phụ thuộc http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image363.gif. Do đó, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image304.gif có thể được thay đổi bằng cách thay đổi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image363.gif.
Thời gian http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image304.gif của mạch monostable thường không ổn định mà phụ thuộc đặc tính linh kiện thông qua http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image016.gif, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image340.gif và http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image306.gif. Độ ổn định sẽ lớn hơn khi http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif được trả về đến một điện áp có biên độ lớn như http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif hơn là đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif hoặc đến đất. Hình 12-11 minh họa điểm này. Đường cong 1 tương ứng với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif trả về đến http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image288.gif, đường cong 2 tương ứng với đường trả về đến điện áp thấp http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image272.gif. Thời hằng đã được hiệu chỉnh để có cùng giá trị khởi đầu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image368.gif.
Nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif được trả về đến đất thì mạch sẽ không hoạt động. Dưới các điều kiện này, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image370.gif trong trạng thái bền, và dòng collector của http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif là khá nhỏ, khoảng vài lần http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image057.gif. Nếu transistor http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif bị phân cực ngược thì dòng collector sẽ là http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image057.gif. Do đó, với http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif được trả về đến đất, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image372.gif sẽ luôn bị tắt. Để có thể chuyển trạng thái, http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image025.gif phải đủ lớn để làm http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image070.gif ra khỏi trạng thái tắt. Nhưng nếu http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image182.gif nối đất thì sự thay đổi trong ngõ ra http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image072.gif là quá nhỏ và mạch không thể bị trigger.
http://dientuvn.com/home/books/ktdt/12_files/image374.gif (http://diendandien.com)