Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
18
Chương 2
MẠCH XÉN VÀ MẠCH GHIM ĐIỆN ÁP

2.1 Mạch xén
Mạch xén là mạch cắt đi một phần của dạng điện áp vào ở trên hay ở dưới một
mức chuẩn nào đó. Mối liên hệ giữa ngõ vào và ngõ ra của mạch xén thường có
các dạng sau:
Vo
Vi
0
Vdc
Vdc

Vo
Vi
0
Vdc
Vdc

(a) (b)
Vo
Vi
0
Vdc1
Vdc1
Vdc2
Vdc2

Vo

Vi
0
Vdc
Vdc

(c) (d)
Vo
Vi
0
Vdc
Vdc

Vo
Vi
0
Vdc1
Vdc1
Vdc2
Vdc2

(e) (f)
Hình 2.1 Đặc tuyến truyền đạt của một số mạch xén cơ bản
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
19
Dựa vào cấu trúc mạch xén gồm mạch xén song song và mạch xén nối tiếp.
 Mạch xén song song là mạch xén có phần tử xén nối song song với ngõ
ra.
 Mạch xén nối tiếp là mạch xén có phần tử xén nối nối tiếp với ngõ ra.
2.1.1 Mạch xén song song
 Xét mạch sau:

D
R
Vi
Vdc
Va
Vk
Vo

Hình 2.2
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode. Mạch trên có hai trường
hợp xảy ra:
 Trường hợp 1: Khi Va>Vk  Vi>Vdc, diode dẫn, sơ đồ mạch trở thành:

 Vo= Vdc

Hình 2.3
 Trường hợp 2: Khi Va<Vk  Vi<Vdc, diode ngưng dẫn, sơ đồ mạch trở
thành:

 Vo= Vi

Hình 2.4
Vo
Vk
Vdc
R
Va
Vi
D
D

Va
Vo
Vdc
R
Vi
Vk
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
20
Ví dụ 1: Cho Vi và Vdc như hình 2.5. Điện áp ngõ ra được xác định như sau:

Khi 0<t<t1: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= Vi.
Khi t1<t<t2: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vdc.
Khi t2<t<t3: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= Vi.
Khi t3<t<t4: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vdc.
Hình 2.5
Từ hình 2.5 ta thấy, khi Vi lớn hơn Vdc thì điện áp ngõ ra luôn bằng Vdc, khi Vi
nhỏ hơn Vdc thì điện áp ngõ ra luôn băng Vi. Vì vậy, đặc tuyến truyền đạt có
dạng như hình 2.1a.
 Xét mạch sau:
Vi
Vdc
Vk
D
R
Vo
Va


Hình 2.6
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode. Mạch trên có hai trường
hợp xảy ra:
 Trường hợp 1: Khi Va>Vk  Vi>Vdc, diode dẫn, sơ đồ mạch trở thành:

 Vo= Vdc

Hình 2.7
V
t
V
t
0
0
Vdc
Vi
Vdc
Vm
-Vm
t1 t2 t3 t4
t1 t2 t3 t4
Vo
Va
Vdc
R
D
Vi Vo
Vk
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp

21
 Trường hợp 2: Khi Va<Vk  Vi<Vdc, diode ngưng dẫn, sơ đồ mạch trở
thành:

 Vo= Vi

Hình 2.8
Ví dụ2: Cho Vi và Vdc như hình 2.9. Điện áp ngõ ra được xác định như sau:

Khi 0<t<t1: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vdc.
Khi t1<t<t2: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= Vi.
Khi t2<t<t3: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vdc.
Khi t3<t<t4: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= Vi.
Hình 2.9
Từ hình 2.9 ta thấy, khi Vi lớn hơn Vdc thì điện áp ngõ ra luôn bằng Vdc, khi Vi
nhỏ hơn Vdc thì điện áp ngõ ra luôn băng Vi. Vì vậy, đặc tuyến truyền đạt có
dạng như hình 2.1e.
 Bài tập:
Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.10. Biết
tV
i

sin10
, với ω bất kỳ, Vdc có độ lớn bằng 5v.
D
Vdc

Vi Vo
R

D
Vi Vo
R
Vdc

Vdc
D
Vi Vo
R

(a) (b) (c)
Va
R
Vk
D
Vdc
Vi Vo
V
t
V
t
0
0
Vdc
Vi
Vdc
Vm

-Vm
t1 t2
t3
t4
t1 t2 t3 t4
Vo
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
22
R
Vi
D
Vdc
Vo
D
Vi
R
Vdc
Vo
VoVi
DVdc
R

(d) (e) (f)
Hình 2.10
2.1.2 Mạch xén nối tiếp
 Xét mạch sau:

Va
DVdc
R

Vo
Vk
Vi

Hình 2.11
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode. Mạch trên có hai trường
hợp xảy ra:
 Trường hợp 1: Khi Va>Vk  Vi>Vdc, diode dẫn, sơ đồ mạch trở thành:

 Vo= Vi - Vdc

Hình 2.12
 Trường hợp 2: Khi Va<Vk  Vi<Vdc, diode ngưng dẫn, sơ đồ mạch trở
thành:

 Vo= 0V

Hình 2.13
Vi
Vo
Vdc
Va Vk
R
Vi
Vdc
Va
Vo
Vk
R
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp

23
Ví dụ 3: Cho Vi và Vdc như hình 2.14. Điện áp ngõ ra được xác định như sau:

Khi 0<t<t1: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= 0V.
Khi t1<t<t2: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vi - Vdc.
Khi t2<t<t3: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= 0V.
Khi t3<t<t4: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vi - Vdc.
Hình 2.14
 Xét mạch sau:

Vi
Va
Vdc
D
R
Vk
Vo

Hình 2.15
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode. Mạch trên có hai trường
hợp xảy ra:
 Trường hợp 1: Khi Va>Vk  Vi>Vdc, diode dẫn, sơ đồ mạch trở thành:

 Vo= Vi - Vdc

Hình 2.16

 Trường hợp 2: Khi Va<Vk  Vi<Vdc, diode ngưng dẫn, sơ đồ mạch trở
thành:

 Vo= 0V

Hình 2.17
V
t
V
t
0
0
Vdc
Vi
Vm-Vdc
Vm
t1 t2 t3 t4
t1 t2 t3 t4
Vo
Vi
Vdc
R
Va Vk
Vo
Vi
Vdc
Va Vk
Vo
R
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp

24
Ví dụ 4: Cho Vi và Vdc như hình 2.18. Điện áp ngõ ra được xác định như sau:

Khi 0<t<t1: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vi – Vdc=
Vi + 5.
Khi t1<t<t2: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= 0V.
Khi t2<t<t3: Vi>Vdc  Diode dẫn,
thuộc trường hợp 1, Vo= Vi – Vdc=
Vi + 5.
Khi t3<t<t4: Vi<Vdc  Diode ngưng
dẫn, thuộc trường hợp 2, Vo= 0V.
Hình 2.18
 Bài tập:
Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.19. Biết
tV
i

sin10
, với ω bất kỳ, Vdc có độ lớn bằng 5v.
R
Vdc
Vo
D
Vi

Vo
Vi
R

Vdc
D

Vi
Vo
D
Vdc
R

(a) (b) (c)
Vi
Vo
Vdc
R
D

R
Vdc
D
Vi
Vo

Vo
Vi
R
D
Vdc

(d) (e) (f)
Hình 2.19

V
t
V
t
0
0
Vdc
Vi
Vm +5
Vm
t1 t2
t3
t4
t1 t2 t3 t4
Vo
5
-5
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
25
2.2 Mạch ghim
2.2.1 Mạch ghim đỉnh trên
 Cho mạch hình 2.20a, điện áp Vi và Vdc như hình 2.20b.

VoVi
Vdc
Vk
c
Va
R


t
V
0
Vm
Vdc
t1 t3
t2 t4
Vi
Vdc
-Vm
t5

(a) (b)
Hình 2.20
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode và Vc là điện áp trên tụ.
Giả sử, ban đầu điện áp trên tụ Vc bằng không.
 Trong khoảng thời gian 0 < t < t1, ta thấy Va > Vk làm diode dẫn, mạch
hình 2.20a trở thành:

 Vo = Vdc
Tụ C nạp qua diode nên đầy tức thì, lúc
này, Vc = Vi – Vo= Vm – Vdc

 Trong khoảng thời gian t1 < t < t2, ta thấy Va < Vk làm diode ngưng dẫn,
mạch hình 2.20a trở thành:

Tụ C xả qua R. Do R rất lớn nên tụ xả
không đáng kể  Vc là hằng số trong
suốt khoảng thời gian từ t1 đến t2  Vc
= Vm – Vdc

Mà: Vo = Vi – Vc= –Vm –(Vm –
Vdc)= –2Vm + Vdc
 Trong khoảng thời gian t2 < t < t3:

Ta có: –Vi +Vc +Vak +Vdc=0
 Vak= Vi – Vc – Vdc
Do trong thời gian trước tụ xả không
đáng kể nên tại thời điểm t2 điện áp trên
tụ Vc= Vm – Vdc.
 Vak= Vi – (Vm – Vdc) – Vdc = Vm
– Vm + Vdc – Vdc= 0
Vm
R
Vo
+
Va
Vk
Vdc
-
c
Vm
+
Va
Vo
R
Vdc
c
Vk
-
R

Vdc
Vo
-
Va
Vm
c
Vk
+
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
26
Lúc này, diode vẫn ngưng dẫn, Vo= Vi
– Vc= Vm – (Vm – Vdc)= Vdc
 Ta làm tương tự cho các khoảng thời gian khác.
Từ những trình bày trên điện áp ra có dạng như hình 2.21:

t
V
0
Vm
Vdc
t1 t3
t2 t4
Vi
Vdc
-Vm
t5
t
V
0
Vm

Vdc
t1 t3
t2 t4
Vdc
-(2Vm -Vdc)
t5
Vo

Hình 2.21
 Bài tập:
1/ Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.20a. Biết Vi
như hình 2.20b nhưng Vdc > Vm.
2/ Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.20a. Biết Vi
như hình 2.20b nhưng Vdc < 0.
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
27
2.2.2 Mạch ghim đỉnh dưới
 Cho mạch hình 2.22a, điện áp Vi và Vdc như hình 2.22b.

Vi
R
Vk
Vdc
c
Va
Vo

t
V
0

Vm
Vdc
t1 t3
t2 t4
Vi
Vdc
-Vm
t5

(a) (b)
Hình 2.22
Gọi Va là điện thế tại anode, Vk là điện thế tại cathode và Vc là điện áp trên tụ.
Giả sử, ban đầu điện áp trên tụ Vc bằng không.
 Trong khoảng thời gian 0 < t < t1, ta thấy Vk > Va làm diode ngưng dẫn,
mạch hình 2.22a trở thành:

Tụ C nạp qua điện trở R có giá trị rất
lớn nên nạp không đáng kể.
 Vc = 0V
 Vo = Vi – Vc= Vi

 Trong khoảng thời gian t1 < t < t2, ta thấy Va > Vk làm diode dẫn, mạch
hình 2.22a trở thành:

 Vo = Vdc
Tụ C nạp qua diode nên đầy tức thì, lúc
này, Vc = Vi – Vo= –Vm – Vdc

 Trong khoảng thời gian t2 < t < t3:


Diode ngưng dẫn, tụ xả qua R nên
không đáng kể.
 Vc là hằng số trong khoảng thời gian
từ t2 đến t3 và Vc= –Vm – Vdc
Mà: Vo= Vi – Vc
 Vo= Vm + (Vm + Vdc)= 2Vm +Vdc
-
Vdc
Va
R
c
Vo
Vm
Vk
+
R
Va
Vk
Vo
Vdc
+
c
-
Vm
Vk
+
Vm
Vo
c
Va

-
R
Vdc
Chương 2: Mạch xén và mạch ghim điện áp
28
 Trong khoảng thời gian t3 < t < t4:

Ta có: –Vi +Vc +Vka +Vdc=0
 Vka= Vi – Vc – Vdc
Do trong thời gian trước tụ xả không
đáng kể nên tại thời điểm t3 điện áp trên
tụ Vc= –Vm – Vdc.
 Vka = Vi + (Vm + Vdc) – Vdc
= –Vm + Vm + Vdc – Vdc= 0
 diode vẫn ngưng dẫn.
 Vo= Vi – Vc= –Vm +(Vm +Vdc)
 Vo= Vdc
 Ta làm tương tự cho các khoảng thời gian khác.
Từ những trình bày trên điện áp ra có dạng:

t
V
0
Vm
Vdc
t1 t3
t2 t4
Vi
Vdc
-Vm

t5
(2Vm+Vdc)
t
V
0
Vdc
t1 t3
t2 t4
Vdc
t5
Vo
Vm

Hình 2.23
 Bài tập:
1/ Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.22a. Biết Vi
như hình 2.22b nhưng Vdc < –Vm.
2/ Hãy vẽ và giải thích dạng điện áp ngõ ra của các mạch ở hình 2.22a. Biết Vi
như hình 2.22b nhưng –Vm < Vdc < 0.


Vk
+
Vm
Vo
c
Va
-
R
Vdc