Bài 10 - Mạch xén và mạch so sánh

[hoanghaicap]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

10-2-3 Các mạch xén













Hình 10-4 trình bày một số dạng mạch xén khác. Nếu trong mỗi trường hợp, một sóng sin được đặt vào mạch thì ngõ ra sẽ có dạng như các đường đậm. Trong các dạng sóng ngõ ra này ta đã bỏ qua [SUB][/SUB] khi so sánh với [SUB][/SUB], và ta giả sử là vùng gián đoạn có thể bỏ qua khi so sánh với biên độ của dạng sóng vào. Ta cũng giả sử là [SUB][/SUB]. Hai trong số các mạch này, phần dạng sóng được truyền qua là phần nằm dưới [SUB][/SUB]; hai mạch còn lại, dạng sóng được truyền qua là phần nằm trên [SUB][/SUB]. Trong hai mạch, diode là phần tử mắc nối tiếp, trong hai mạch kia, diode là phần tử shunt. Việc sử dụng diode là phần tử mắc nối tiếp có bất lợi là khi diode Off, những tín hiệu tần số cao có thể đi qua mạch nhờ điện dung của diode. Việc sử dụng diode như là phần tử shunt có bất lợi là khi diode phân cực thuận nhưng chưa On thì điện dung của diode và các điện dung shunt khác ở ngõ ra sẽ làm cho các cạnh xung ngõ vào không còn sắc đồng thời làm suy giảm tín hiệu tần số cao. Một bất lợi thứ hai của các mạch này là nội trở [SUB][/SUB] của nguồn [SUB][/SUB] phải đủ nhỏ.
Khi diode được sử dụng với các dạng sóng có sự biến đổi nhanh, ví dụ sau sẽ trình bày ảnh hưởng của tụ lên các xung. Giả sử mạch xén trong hình 10-5(a) được dùng với dạng sóng ngõ vào như hình vẽ. Ngõ vào này có thể là một xung hoặc là một nửa chu kỳ của sóng vuông. Điện dung [SUB][/SUB] là điện dung hiệu dụng tổng cộng mắc shunt với diode (giá trị thường khoảng [SUB][/SUB]), [SUB][/SUB] là điện dung shunt tổng cộng ở tải ngõ ra [SUB][/SUB] ([SUB][/SUB]). Giá trị [SUB][/SUB] có thể khoảng [SUB][/SUB], thường xuất hiện do điện dung ngõ vào của đầu đo trên oscilloscope. Công việc của ta là tìm dạng sóng ngõ ra, giả sử điện trở khi phân cực ngược là vô cùng.

Nếu diode là lý tưởng và các điện dung có thể bỏ qua, dạng sóng ngõ ra được vẽ trong hình 10-5(b). Giả sử trạng thái xác lập ứng với ngõ vào là [SUB][/SUB] và ngõ ra là [SUB][/SUB]. Khi ngõ vào đột ngột nâng lên một lượng là [SUB][/SUB], nếu nội trở của nguồn có thể bỏ qua thì trong mạch sẽ xuất hiện một xung dòng, và điện áp ngõ ra được xác định hoàn toàn bởi giá trị của các tụ. Vì [SUB][/SUB], chỉ một phần năm điện áp ngõ vào xuất hiện trên [SUB][/SUB]; do đó, ngõ ra sẽ đột ngột nhảy lên [SUB][/SUB]. Điện áp trên diode lúc này là [SUB][/SUB] và phân cực làm cho diode dẫn. Ngõ ra [SUB][/SUB] sẽ đạt đến giá trị cuối cùng là [SUB][/SUB] với thời hằng [SUB][/SUB]. Tương tự, khi ngõ ra đột ngột rơi xuống một lượng là [SUB][/SUB], điện áp ngõ ra sẽ đột ngột giảm xuống một lượng là [SUB][/SUB]. Diode lúc này bị phân cực ngược nên tắt và ngõ ra sẽ suy giảm dần về không với thời hằng [SUB][/SUB]. Dạng sóng kết quả được vẽ trong hình 10-5(c).
10-3Mạch xén dùng transistor
Transistor là linh kiện phi tuyến và có thể được dùng cho mạch xén. Điều này xảy ra khi transistor đi từ vùng tắt vào trong vùng tích cực hoặc khi transistor đi từ vùng tích cực đến vùng bão hòa. Như vậy, nếu tín hiệu ngõ vào thay đổi làm cho một trong hai quá trình này xảy ra, ngõ ra sẽ bị xén. Vì ta mong muốn điện áp ngõ ra của phần không bị xén sẽ giữ nguyên dạng của tín hiệu vào nên ta cần có dòng ngõ vào (không phải điện áp ngõ vào) sẽ có hình dạng của tín hiệu. Lý do là vì trong vùng tích cực, dòng điện có độ thay đổi tuyến tính hơn là điện áp. Do đó, trong các mạch xén dùng transistor cũng như trong các mạch transistor tín hiệu lớn khác, ta sẽ sử dụng mạch lái dòng như hình 10-6. Điện trở [SUB][/SUB], thường biểu diễn nội trở nguồn hoặc một điện trở cần phải có trong mạch, phải lớn khi so sánh với điện trở ngõ vào của transistor trong vùng tích cực. Dưới các điều kiện này, dòng ngõ vào sẽ có hình dạng rất giống với điện áp vào, [SUB][/SUB].

10-3-1 Vùng tắt
Ta đã biết là tại điện áp khoảng [SUB][/SUB], dòng emitter là không và dòng collector sẽ bằng [SUB][/SUB]. Dòng collector bắt đầu tăng lớn hơn [SUB][/SUB] khi ta bắt đầu phân cực thuận transistor. Tuy nhiên, dòng ngược bão hòa là quá nhỏ do đó để có thể có được một dòng đáng kể ta phải tăng điện áp phân cực thuận lên đến [SUB][/SUB]. Giá trị này có thể thay đổi trong khoảng từ [SUB][/SUB] đến [SUB][/SUB] đối với Si.
Trong thực tế, điện áp chính xác làm cho transistor bắt đầu dẫn là phụ thuộc vào loại transistor và mạch ứng dụng. Ta có thể gặp những trường hợp trong đó dòng collector chỉ cần thay đổi [SUB][/SUB] là transistor đã đi vào vùng tích cực, nhưng cũng có những ứng dụng đòi hỏi dòng này phải thay đổi [SUB][/SUB] hoặc nhiều hơn. Nói chung, bằng thực nghiệm ta có thể thấy là transistor Ge có khoảng chuyển tiếp giữa vùng tắt và vùng tích cực là lân cận của [SUB][/SUB] trong khi đó đối với Si là [SUB][/SUB]. Như vậy, ở nhiệt độ phòng, để giữ cho một transistor ở trong vùng tắt ta có thể nối base và emitter bằng một điện trở mà không cần đến nguồn phân cực ngược, tuy nhiên, đối với transistor Ge hoặc khi nhiệt độ cao hơn, ta có thể phải sử dụng thêm nguồn phân cực ngược.
10-3-2 Điện trở ngõ vào
Một thông số khác cần phải quan tâm đối với mạch xén dùng transistor là điện trở ngõ vào của transistor. Khi transistor nằm trong vùng tắt, điện trở này rất lớn, có thể đến vài chục [SUB][/SUB]. Giá trị chính xác của nó là không quan trọng lắm miễn là nó lớn hơn so với [SUB][/SUB] trong hình 10-6. Khi điện trở collector nhỏ (khoảng dưới [SUB][/SUB]) và transistor nằm trong vùng tích cực, điện trở ngõ vào của mạch có thể được xem như là [SUB][/SUB]. Ta có
[SUB][/SUB] (10-4)
với [SUB][/SUB] là điện trở cực base và [SUB][/SUB]. Khi đó
[SUB][/SUB] (10-5)
Điện trở ngõ vào tỉ lệ nghịch với dòng emitter. Do đó, khi transistor di chuyển ra khỏi vùng tắt và di chuyển vào vùng tích cực, điện trở ngõ vào của nó giảm. Ở đây ta đã bỏ qua sự thay đổi của thông số [SUB][/SUB] theo dòng transistor vì sự thay đổi này nhỏ khi so sánh với sự thay đổi của [SUB][/SUB].