MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kĩ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Nhìn vào thực tế cho ta
thấy, năm 1972 chiếc vô tuyến đầu tiên ra đời chỉ là đen trắng. Nhưng đến
nay với sự ra đời của những màn hình siêu phẳng, đẹp về hình dáng bề ngoài
lẫn chất lượng hình ảnh. Vậy nhờ đâu mà các nhà sản xuất có thể cho ra
những sản phẩm có thể coi ngày một hoàn thiện như vậy?
Trong lĩnh vực điều khiển, từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập
trình phát triển đã đem đến các kĩ thuật điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm
so với việc sử dụng các mạch điều khiển được lắp ráp từ các linh kiện rời như
kích thước mạch nhỏ, gọn, giá thành rẻ, độ làm việc tin cậy và công suất tiêu
thụ thấp…
Ngày nay, lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hằng ngày của con người
như máy giặt, đồng hồ điện tử… nhằm giúp cho đời sống ngày càng hiện đại
và tiện lợi hơn.
Vì tính chất phổ biến và quan trọng của việc tạo xung cùng với việc
xuất phát từ thực tế tôi tiến hành nghiên cứu đề tài:
“Tìm hiểu máy phát hàm sử dụng vi mạch”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nâng cao hiểu biết về kĩ thuật điện tử nói chung và mạch tạo xung nói
riêng.
Nâng cao kiến thức về máy phát hàm.
3. Nhiệm vụ
Tổng quan về kĩ thuật điện tử.
Nghiên cứu về lý thuyết mạch tạo xung.
1

Nghiên cứu một số mạch tạo xung thông dụng.
Thực hành thử nghiệm một máy phát hàm sử dụng vi mạch.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Dự kiến kết quả
Tìm hiểu được tổng quan về máy phát hàm.
6. Cấu trúc
Chúng tôi cấu trúc luận văn gồm 3 chương:
CHƯƠNG 1: KIẾN THỨC CƠ SỞ
Khái niệm chung về mạch tạo xung, tín hiệu xung;
Mạch tạo xung tam giác (Xung răng cưa);
Mạch tạo xung vuông.
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Khái quát về máy phát hàm thông dụng;
Sơ đồ khối, sơ đồ cấu trúc máy phát hàm;
Trên cơ sở tổng quan tài liệu nghiên cứu sẽ lựa chọn những nội dung nghiên
cứu phù hợp với nội dung nghiên cứu của đề tài.
CHƯƠNG 3: MẠCH ỨNG DỤNG
Cấu tạo của ICL 8038, IC 555;
Mạch phát xung dùng IC 8038, IC 555;
Một số mạch điện tử có khả năng tạo xung phát hàm;
Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với máy phát hàm sử dụng ICL 8038.

2


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1. KIẾN THỨC CƠ SỞ

1.1. Khái niệm chung về mạch tạo xung, tín hiệu xung

1.1.1. Mạch tạo xung
Mạch tạo xung là mạch điện mắc phối hợp giữa các linh kiện điện tử để
biến đổi năng lượng của dòng điện một chiều thành năng lượng dao động điện
có dạng xung và tần số theo yêu cầu.
Đây là mạch điện rất cơ bản, được dùng nhiều trong các thiết bị đo
lường, điều khiển, tự động hóa, trong kĩ thuật xung – số, trong máy tính điện
tử… Nó có thể dùng Transitor rời rạc hoặc dùng IC.
1.1.2. Tín hiệu xung
Tín hiệu xung là loại tín hiệu rời rạc theo thời gian. Các tham số cơ bản
của tín hiệu xung: biên độ xung, độ rộng xung, sườn xung, độ sụt đỉnh xung,
chu kỳ xung, tần số lặp lại, hệ số lấp đầy.
1.2. Một số mạch tạo xung
1.2.1. Mạch tạo xung vuông
- Mạch trigơ Smit tín hiệu hình sin đưa vào cửa đảo, mạch hồi tiếp
dương đưa về cửa thuận qua bộ phân áp R1, R2. Tuỳ Theo mức điện áp vào
so sánh với điện áp hồi tiếp mà mạch chuyển đổi trạng thái đầu ra để tạo ra
dãy xung vuông. Tần số xung ra bằng tần số tín hiệu vào.
- Mạch đa hài đợi: Khi có nguồn mạch ở trạng thái ổn định bão hoà âm
do có điốt D. Khi có xung đầu vào mạch chuyển sang trạng thái không ổn
định (bão hoà dương) một thời gian rồi tự trở về trạng thái ổn định chờ xung
vào tiếp. Có một xung vào đầu ra nhận được một xung ra, tần số xung ra bằng
tần số xung vào.
- Mạch đa hài tự dao động: Mạch đa hài tự dao động dùng Transitor.
Mạch có hai Transitor mắc cực phát chung và hai tụ điện C. Khi có nguồn hai
3


Transitor thay nhau thông bão hoà, tắt; hai tụ thay nhau nạp phóng cho đầu ra
dãy xung vuông trên trục thời gian. Khi mạch đối xứng, xung ra có biên độ
bằng EC, tần số xung ra f = 1/1,4RB.C. Mạch đa hài tự dao động dùng bộ

khuếch đại thuật toán. Mạch có phần tử nạp phóng RC, mạch hồi tiếp dương
lấy điện áp về so sánh qua R1, R2. Khi mạch làm việc tại các thời điểm điện
áp trên tụ C (UC) lớn hơn hay bé hơn điện áp hồi tiếp (U1 lấy trên R1) thì đầu
ra mạch chuyển đổi trạng thái tạo ra dãy xung vuông. Dãy xung vuông biến
đổi xung quanh trục thời gian có biên độ là Ur max. Khi chọn R1 = R2 tần số
dao động của mạch f = 1/2,2RC. Khi thay đổi một trong hai thông số RC của
mạch đa hài tự dao động thì tần số xung ra thay đổi theo.
- Mạch dao động nghẹt: Máy phát dao động nghẹt (Blocking generator)
là một bộ khuếch đại đơn đẩy kéo, có hồi tiếp dương mạch qua một biến áp
xung, nhờ đó tạo ra các xung có độ rộng 10-3s đến 10-6s và có biên độ lớn.
Mạch phát dao động nghẹt có thể làm việc ở chế độ tự dao động, đồng bộ, đợi
hay chế độ phân tần. Mạch gồm Transitor và biến áp ghép chặt để tạo hồi tiếp
dương sâu. Mạch tự làm việc cho ra dãy xung vuông hẹp, có độ rỗng lớn.
1.2.2. Mạch tạo xung răng cưa (tạo xung tam giác)
Mạch tạo xung răng cưa: Loại mạch này dùng để tạo xung răng cưa
điều khiển tia điện tử quét trong máy hiện sóng hoặc dùng trong các mạch
điện tử khác. Xung răng cưa có các tham số: biên độ xung, thời gian quét
thuận tqt, thời gian quét ngược (yêu cầu tqt >> tqn), hệ số phi tuyến ε và hiệu
suất sử dụng điện áp η. Có một số mạch tạo xung răng cưa dùng mạch tích
phân RC, dùng mạch có nguồn dòng, dùng mạch có tầng khuếch đại hồi tiếp.
Khi phân tích cần chú ý các mạch cho xung đầu ra có biên độ lớn, méo phi
tuyến nhỏ và hiệu suất cao.
Mạch phát điện răng cưa thuộc loại máy phát dao động tích thoát. Các
xung dao động có dạng răng cưa. Mạch phát xung răng cưa được ứng dụng
nhiều trong các mạch quét của máy thu hình, dao động ký, rađa… Để thực
4


hiện nó, có thể dùng nhi
nhiều cách khác nhau, ở đây là lấy

y ví dụ
d tạo xung răng
cưa bằng
ng Transitor và vi m
mạch điện tử.
1.2.2.1. Mạch tạoo xung răng cưa dùng Transitor
Trên cơ sở sơ đđồ ở hình 1.1 là mạch tạoo xung răng cưa dùng Transitor
n – p – n hoạt động ở chế độ đợi.
Chọn các điệnn tr
trở phân cực để Transitor T ở trạng
ng thái cấm
c khi chưa có
xung kích thích đồng
ng bộ.
b Lúc này dòng một chiềuu đi qua Rc để nạp điện cho
tụ C trong khoảng
ng th
thời gian t1. Khi có xung đồng bộ,, Transitor T thông, tụ
t
điện phóng điệnn trong kho
khoảng thời gian t2.

Hình 1.1. Mạch tạo xung răng cưa.
1.2.2.2. Mạch tạoo xung răng cưa bbằng vi mạch khuếch đạii thuật
thu toán
Mạch này đượ
ợc xây dựng trên cơ sở mạch
ch tích phân đảo,
đ trong đó mạch
hồi tiếp có tụ điệnn C. Giả

Gi thiết U0 = 0, điện áp ra có dạng:
Ura=

()

[∫ I ( )

=

+ Q ].

Trong đó: Q0 là diệnn tích có trên ttụ điện tại t = 0.
Với Ic(t) =

Uvao (t)
,
R

ta có:
Ura(t) =

∫U

( )

+U .

Thành phầnn Ura0 được xác định từ điều kiện ban đầuu của
c tích phân:
5



Ura0 = Ura(t = 0) = Q0/C.
Như vậy, ta đãã hình thành đượcc xung răng cưa, khi tín hiệu
hi vào là xung
chữ nhật.

Hình 1.2. Tạo
T xung răng cưa bằng vi mạch.
ch.
Ngườii ta có th
thể tạo ra đồng thờii xung vuông và xung tam giác nhờ
nh
ghép nối tiếp một bộộ tích phân sau một mạch
ch trigơ Schmidt. Mạch
M
trigơ tạo ra
các xung vuông, còn m
mạch tích phân tạo
o ra xung tam giác. Hai mạch
m
này mắc
nối tiếp với nhau tạoo thành vòng hhồi tiếp kín kích thích lẫẫn nhau làm lật các
trạng thái để tạoo xung.
1.2.3. Dao động
ng thư gi
giản
Xem mạch gồồm hai cổng NAND TTL N1 và N2 với tụ C1, C2 trên
đường hồi tiếpp chéo và đi
điện trở R1, R2, R3 ở ngõ vào (Hình1.3

ình1.3). Ngõ vào còn
lại của mỗi cổng
ng NAND đư
được bỏ không hay nối lên VCC. Ba điện
đi trở R1, R2,
R3 được chọnn sao cho hai ccổng được phân cực ở vùng tuyến
tuy tính giữa hai
ngưỡng logic thấpp và cao ccủa cổng (ở cổng TTL ngưỡng
ng thấp
th là khoảng 0,9V;
ngưỡng cao là khoảng
ng 1,6V) đđể sự nạp, xả của hai tụ sẽ khiến
khi ngõ vào của hai
cổng chuyển mạch
ch gi
giữa logic 0 và 1.
Dướii đây là sơ đđồ mạch dao động loại thư giảnn (Hình 1.3).

6


Hình 1.3. Dao động loại thư giản.
(Với các trị số linh ki
kiện ghi ở hình vẽ, tần số dao động
ng xấp
x xỉ 2,8Hz)
Giả sử ngõ vào ccủa N1 xuống dưới ngưỡng thấp khiếến ngõ ra Q = 1, và
tụ qua C2 khiếnn ngõ vào của
c N2 lên 1 làm ngõ ra Q = 0. Tụụ C2 xả điện qua R2
và R3 xuống đất khiếến điện thế tại ngõ vào của N2 sụt dầnn đến

đ lúc nào đó sẽ
xuống dưới ngưỡng
ng th
thấp tức có logic 0 làm ngõ ra Q = 1 và qua tụ
t C1 khiến
ngõ vào của N1 lên 1 ddẫn đến ngõ ra Q = 0. Lúc bấy giờ C1 xả điện qua R1 và
R3 khiến điện thế tạii ngõ vào ccủa N1 sụt dần đến
n lúc nào đó sẽ
s xuống dưới
ngưỡng thấp tứcc logic 0 làm ngõ ra Q = 1, v.v... S
Sự nạp xảả như trên xả ra liên
tiếp và tuần hoàn tạoo hai ddạng sóng ra đảo pha nhau.
Khi C1 = C2 = C và R1 = R2 = R thì dạng sóng ra đố
ối xứng và có tần số
là:
f=

1
(2R  R3 ).C

Các điện trở R1, R2, R3 phải nhỏ (dưới 1K) còn tụụ C1, C2 từ vài chục
pF đến khoảng
ng 1000
1000F. Khi dùng cổng CMOS các điện
n trở
tr có thể đến 100K
hoặc hơn nên mạch
ch có th
thể dao động ở tần số thấp
p hơn. Thường

Thư
hai ngõ ra
phải được đệm
m (ví ddụ dùng hai cổng NAND còn lại củaa 7400 để
đ làm cổng
đệm). Thật ra mạch
ch dao đđộng loại thư giản như ở hình 1.3 rất
r ít được dùng.

7


1.2.4. Dao động
ng thư gi
giản dùng cổng nảy Schmitt.
Các cổng nảyy Schmitt như 7414 có th
thể đượcc dùng như mạch
m
dao động
(Hình 1.4). Giả sử ngõ vào ccủa cổng vừa xuống thấp
p (logic 0) khiến
khi ngõ ra Q
vừaa lên cao (logic 1) thì tụ C nạp qua điện trở R từ ngõ ra. Khi C nạp
n đến
ngưỡng
ng logic cao thì ngõ vào lên cao khi
khiến ngõ ra xuống
ng thấp
th làm tụ xả điện
vào ngõ ra. Khi C xảả xuống đến ngưỡng thấp logic ở ngõ ra đảo lại.

Vì tụ nạpp và xả
x qua cùng điện trở R nên dạng
ng sóng vuông ra đối
đ xứng.
Do ngưỡng
ng logic khác nhau nên ttần số dao động của cổng
ng TTL và CMOS
khác nhau. Tần số dao đđộng còn bị ảnh hưởng bởi điện trở ngõ ra của cổng và
các yếu tố về nhiệtt độ,
đ v.v.v... Nên công thức ghi ở hình vẽ
v chỉ là xấp xỉ. Để
ý là không đượcc dùng đi
điện trở trên giới hạnn cho vì mạch
m
sẽ không dao
động.Cổng
ng NAND 7413 ccũng có thể dùng cho mạch dao độộng.

Hình 1.4.
1.4 Dao động thư giản dùng cổng nảy
y Schmitt.
Schmitt
1.2.5. Dao động
ng thư gi
giản dùng cổng đảo
Hai cổng đảoo TTL hay CMOS có th
thể tạo nên mạch
ch dao động
đ
theo cách

thư giản. Hình1.5 là một
m ví dụ, tụ C và điện trở R xác định
nh tần
t số dao động.
Điện trở RS để giảm
m thi
thiểu ảnh hưởng của sự thay đổi điệnn thế
th cấp điện VCC
lên tần số, RS có trị ssố từ 0 đến lớn hơn R. Khi RS khá lớn
n so với
v R chu kỳ và
tần số dao động
ng cho bbởi: T  2,2RC.
8


Hình 1.5. Dao động
ng thư gi
giản dùng cổng đảo
o CMOS 74HC04 và các dạng
d
sóng.
Khi dùng công th
thức trên, điện trở R phải lớn
n hơn 50K,
50K tụ C phải lớn
hơn 1000pF. Về nguyên lý m
mạch dao động với khoảng rộng
ng của
c điện trở R (từ

vài trăm  đếnn vài M
M) và tụ C (từ 100pF đến hàng F),
F), điện
đi trở RS không
được quá lớnn vì có th
thể khiến mạch dao động chập chờn.
Có thể dùng cổổng NAND thay cổng đảo.
Ví dụ:
Đối vớii CD4011: RS= 0, R = 220K, C = 1F, tần số là khoảng 3Hz.
1.2.6. Dao động dịch
ch chuyển
chuy pha

Hình 1.6. Dao động dịch chuyểnn pha (7404).
Ở hình 1.6 ba cổng
c
đảo được mắc nối tiếp và đường
ng hồi
h tiếp tạo nên
dao động.
ng. Nguyên lý ho
hoạt động như sau: Giả sử ngõ vào của
c cổng đầu tiên I1

9


vừa có chuyển tiếpp thấp
th p lên cao (0 lên 1), thì sau trì hoãn truyền
truy tD ngõ ra của

nó tức ngõ vào cửaa ccổng thứ hai I2 sẽ chuyển tiếp cao xuống
ng thấp.
th Do đó, sau
trì hoãn truyền tD nử
ửa ngõ ra của I2 tức ngõ vào của I3 sẽ chuyển
chuy tiếp thấp lên
cao và tương tự như vvậy, sau trì hoãn truyền tD thứ 3 ngõ ra Q của
c I3 sẽ
chuyển tiếp cao xuống
ng th
thấp, ngõ ra này tiếp tục ở thấp.
Do có sự hồii tiếp
ti nên ngõ vào của I1 cũng có sự chuyển
chuy tiếp cao xuống
thấp. Sau 3tD ngõ ra Q ssẽ lên cao, tiếp tục như vậy
y sau 3tD nửa ngõ ra Q lại
xuống thấp. Như vậyy chu kkỳ dao động là 6tD, giả sử các cổng
ng đảo
đ có thời gian
trì hoãn truyềnn như nhau mà đđối với mạch logic TTL điển
n hình là 10ns. Tần
T
số dao động là: f =

1
6t D

Với tD = 10ns, tần
t số là khoảng 16 MHz. Vớii các loạt
lo cổng khác nhau

sẽ có được tần số từ 10 đđến vài chục MHz.
Ở dao động
ng sin ssự dịch chuyển pha qua các mạch
ch RC kết
k hợp với hồi
tiếp tạo sự dao động.
ng. Ở mạch hình 1.6 không có các RC để
đ tạo lệch pha
nhưng về nguyên lý m
mạch có thể xem như là loại dịch
ch chuyển
chuy pha.

10


Hình 1.7
1.7. Dao động có tần số kiểm soát đượ
ợc.
Mạch dao động
ng ở hình 1.6 có điểm không thuận lợ
ợi đó là tần số phụ
thuộc vào cổng đượcc dùng. Ph
Phải có cách để cho tần số của
c mạch tùy thuộc
vào linh kiện mắcc thêm bên ngoài mà thư
thường là tụ tinh thể
th thạch anh. Hình
1.7a, b là hai mạch
ch như vvậy.

1.2.7. Dao động
ng tinh th
thể thạch anh
Ở các mạch ở trước tần số dao động do tụ điệnn và điện
đi trở mắc thêm
bên ngoài quyết định,
nh, nên không có đđộ chính xác và ổnn định
đ
cao. Để khắc
phục, một phần tử có độ
đ chính xác và độ ổn định cao đượcc dùng đó là tinh thể
thạch
ch anh (Quartz C
Crystal), lúc bấy giờ ta có mạch
ch dao động
đ
(hay mạch tạo
đồng hồ) tinh thể (hay th
thạch anh) hoặc mạch dao động kiểểm soát bởi tinh thể
(thạch anh). Mộtt lát m
mỏng được cắt từ khối tinh thể thạch
ch anh theo một
m chiều
hướng phù hợp để khi đư
được kích thích sẽ rung động
ng (dao động)
đ
ở một tần số
chính xác mà rất ổnn đđịnh theo nhiệt độ và thời gian.


Hình 1.8
1.8. Dao động dùng tinh thể thạch
ch anh.
anh
Hình 1.8 là hai m
mạch dao động thạch anh tiêu biểu,
u, một
m dùng cổng TTL
và một dùng cổng
ng CMOS. Đi
Điện trở R tùy thuộc vào loạii mạch
m
và loại logic.
Với mạch dùng cổng
ng TTL tr
trị số của R là vài trăm  đến
n khoảng
kho
1,5K; với

11


mạch dùng cổng CMOS trị số của R là khoảng 100K đến 1M. Thay vì
cổng NOT có thể dùng cổng NAND (mắc như cổng NOT), ví dụ: 7400,
74HC00, CD4011...
1.2.8. Một số mạch tạo xung khác
- Mạch tạo tín hiệu tổng hợp giới thiệu sơ đồ khối của mạch tạo các tín
hiệu xung vuông, xung tam giác và tín hiệu sin đồng thời. Nó được dùng phổ
biến trong bộ tạo sóng dùng ở phòng thí nghiệm.

- Mạch tạo dao động điều khiển ở điện áp (VCO). Giới thiệu mạch đa
hài tự dao động có tần số tín hiệu ra được điều khiển bằng điện áp. Quan hệ
tần số với điện áp điều khiển theo quy luật tuyến tính.
- Mạch hạn chế: Mạch hạn chế có thể dùng điốt hoặc Transitor. Mạch
dùng Transitor ngoài tác dụng hạn chế còn có tác dụng khuếch đại tín hiệu
lớn lên. Xét mạch hạn chế dùng điốt lý tưởng (Điốt tắt điện trở bằng vô cùng,
điốt thông điện trở bằng không). Mạch hạn chế một phía là mạch cắt xén một
phía biên độ của tín hiệu, mạch hạn chế hai phía cắt xén hai phía biên độ của
tín hiệu. Mức hạn chế trong mạch hạn chế phải thoả mãn điều kiện về biên độ
tín hiệu vào. Mạch hạn chế hai phía có mạch hạn chế hai phía song song,
mạch hạn chế hai phía nối tiếp.

12


13


CHƯƠNG 2.
2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

2.1. Khái niệm máy phát hàm
Loại máy phát mà cùng lúc có thể cho nhiều dạng tín hiệu ở các đầu ra
khác nhau như tín hiệu hình tam giác
giác, tín hiệu xung vuông…
… được gọi là máy
phát hàm. Loại máy phát này gần đây được sử dụng rộng rãi nhờ tính đa chức
năng của nó.
Máy phát hàm hay máy phát xung là bộộ nguồn tạo ra các tín hiệu chuẩn
về biên độ, tần số vàà ddạng sóng dùng trong thử nghiệm vàà đo lường.

lư
Các máy
tạo sóng trong phòng
òng thí nghi
nghiệm có các dạng sau:
- Máy tạo
ạo sóng sin tần thấp LF (Low frequency);
- Máy tạoo sóng sin ttần số vô tuyến RF (Radio
adio frequency);
- Máy tạo hàm;
àm;
- Máy phát xung;
- Máy phát tần
ần số quét, máy phát các tín hiệu thử nghiệm.
Các máy tạo
ạo tín hiệu RF th
thường có dải tần số từ 0 kHz đến 100 kHz,
với
ới mức điện áp có thể điều cchỉnh từ 0 - 10V. Các máy tạo
ạo hàm
h cũng thường
là máy phát RF với
ới 3 dạng sóng đặc tr
trưng
ưng là sóng vuông, sóng tam giác và
sóng hình sin.
Ví dụ: Máy phát xung – tạo hàm DDS SFG – 2100/2000 Series

14



Dựaa trên công ngh
nghệ tổng hợp số trực tiếp
p (DDS) và thiết
thi kế FPGA duy
nhất, máy tạoo hàm SFG
SFG-2000/2100
2000/2100 series có công năng vượt
vư trội hơn hẳn
những máy tạoo hàm thông thư
thường với mức giá cạnh
nh tranh. Tần
T số ra ổn định,
độ méo thấp và độ phân gi
giải tần số cao là những điểm
m đáng chú ý nhất
nh ở dòng
sản phẩm này. Với đặ
đặc tính:
- Công nghệ DDS và thiết kế sử dụng chip FPGA;
- Dải tần:: 0.1Hz ~ 4/7/10/20MHz;
- Độ chính xác cao (tần số): ±20ppm;
- Độ phân giải tần số
số: 100mHz.
2.2. Sơ đồ khối máy phát hàm

Hình 2.1. Sơ đồ khối máy phát hàm.
Trong đó:
I là bộ tích phân
phân;

R là phần tử rơle
rơle;
F là bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin”.
Quan sát trên sơ đđồ ta thấy: Mạch kín I - R tạo
ạo nên một hệ tự dao động
sinh ra hai loại tín hiệu có dạng xung tam giác và xung vuông
vuông. Bộ biến đổi
“xung tam giác – hình sin” (F) đưa ra loại tín hiệu có dạng
ng hình sin.
15


2.2.1. Sơ đồ cấu trúc của máy phát hàm

Hình 2.2. Sơ
S đồ cấu trúc máy phát hàm..
Hệ kín baoo gồm
gồm: một mạch tích phân I (một
một mạch khuếch đại thuật
toán và hai phần tử RICI), phần tử rơle R (mạch
mạch khuếch đại thuật toán gồm 1
khâu hồi tiếp dương R1 R2) tạo thành một hệ tự dao động và cho ra hai dạng
tín hiệu: tín hiệu tam giác (U1) và tín hiệu xung vuông (U2)..
2.2.2. Đặc tuyến truyền đạt của phần tử rơle

Hình 22.3. Đặc tuyến truyền đạt của phần tử rơle.
rơle
Hàm truyền đạt của phần tử rơle U2 = f1(U1).
Yêu cầu đối với phần tử rơle trong máy phát hàm có dải tần số rộng (từ
dưới 1Hz đến 10MHz

MHz) là có tốc độ chuyển mạch phải rất nhanh.
nhanh Để thực hiện
16


nó, có thể dùng mạch so sánh (Comparator). Nhưng các vi mạch so sánh hiện
nay thường có thời gian chuyển mạch tương đối lớn (0,03 ÷ 4)µs
4) nên chỉ sử
dụng chúng ở tầnn số không vượt quá 100kHz. Vì vậy, trong máy phát hàm
phần tử rơle thường được xây dựng trên cơ sở mạch rời rạc dùng các
Transitor cao tần (Trans
(Transitor xung). Thời gian
an chuyển mạch không quá 20 đến
30ns.
2.2.3. Đặc tính truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin”

Hình 2.4. Đặc tính truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác - hình sin”.
Hàm truyền đạt của bộ biến đổi “xung tam giác – hình sin” là:
là
U3 = f2 (U1) và có dạng như Hình 2.4.
Để nhậnn được tín hiệu hình sin lý tưởng, khi đầu vào có dạng xung tam
giác, đặc tính truyền đạt của phần tử này phải có dạng 1/4 chu kì hình sin tức
là U3 = asin U1 (aa là hằng số
số). Để thực hiện hàm này, có hai phương pháp
chính là:
- Phương
hương pháp xấ
xấp xỉ từng đoạn tuyến tính.
- Phương
hương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính

tính.

17


2.2.3.1. Phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính
Phương pháp xấp xỉ bằng những đoạn tuyến tính là chia khoảng hình
sin thành 4nn phần nhỏ và thay thế mỗi phần tử bằng một đoạn thẳng có độ
nghiêng khác nhau. Số n càng lớn thì độ chính xác càng cao và hệ số méo
hình sin càng nhỏ.
Trên sơ đồ hình
ình 2.5 ta thực hiện phương pháp này với n = 6. Các điôt
|
| < Uvm ở đây
D1 ÷ D10 ở trạng thái
hái khóa bởi các điện áp |±U | < … < |±U
Uvm là biên độ xung tam giác ở lối vào
vào. Khi Uv tăng dần và giảm
g
dần ở nửa
chu kỳ dương thì các D1 … D9 mở dần, sau đó khóa dần.
Còn ở nửa chu kì âm thì nhóm D2 … D10 cũng mở dần và khóa dần,
dần tạo
thành từng đoạn tín hiệu có độ dốc khác nhau
nhau. Độ dốc của từng đoạn được
xác định bởi điện dẫn tác động lên từng khoảng thời gian tương ứng
ứng. Khi số
thứ tự từng khoảng tăng dần
dần, thì độ dốc giảm dần. Độ dốc của từng đoạn được
xác định bởi:

tgαn=



−

+

+ ⋯+

, αn làà góc nghiêng của đoạn thứ n.

Hình 2.5. Mạch biến đổi xung tam giác – hình sin dùng phương pháp xấp xỉ
từng đoạn tuyến tính.
Tập hợp các đoạn nhỏ có góc nghiêng khác nhau cho ta dạng tín hiệu
18


hình sin.
2.2.3.2. Phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính
Theo cách này, ta chia hình sin ra nhiều đoạn và thay mỗi đoạn bằng
một hàm phi tuyến (ví dụ đường đặc trưng Vôn – Ampe của điôt có dạng hàm
bậc hai, hoặc varistor có dạng đa thức y = ∑



). Kiểu xấp xỉ từng đoạn

không tuyến tính có độ chính xác cao hơn, nhưng khó thực hiện hơn.
Ở tần số fmax = 1MHz người ta thường sử dụng FET để thực hiện sự

biến đổi này. Tuy nhiên, các đặc trưng của FET phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ,
nên cần có biện pháp ổn định nhiệt tốt.
2.2.4. Phương pháp tạo tín hiệu hình sin theo phương pháp số
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc xấp xỉ hóa từng đoạn kết hợp với
lấy mẫu đều theo thời gian. Phương pháp này bị hạn chế ở tần số cao, nên
chưa phổ biến. Sơ đồ khố mô phỏng phương pháp số được thấy trên hình 2.6.
Tx

RC

DFC

DAC

Hình 2.6. Nguyên tắc tạo tín hiệu hình sin bằng phương pháp số.
Trong đó:
- Tx là bộ tạo xung nhịp;
- RC là bộ đếm thuận nghịch dùng để mở theo thời gian giá trị tức
thời của đối số;
- DFC (Digital – Frequency Converter) là bộ biến đổi số - hàm dùng
để tạo tín hiệu hình sin (dạng số);
- DAC (Digital – Analog Converter) là bộ biến đổi số - tương tự. Số
lượng mẫu càng lớn thì hình sin có độ chính xác càng cao.
Trong loại DAC chế tạo phương pháp này có 2 dạng:
+ Dạng mạch với điện trở có trọng số khác nhau.
+ Dạng mạch với điện trở hình thang.
19


2.2.5. Các dạng tín hiệu ra

Có 3 dạng
ng tín hi
hiệu ra:
+ Tín hiệuu xung vuông ra;
+ Tín hiệuu xung răng cưa (xung tam giác) ra;
+ Tín hiệuu xung hình sin ra.
Dưới đây là đồồ thị biểu diễn 3 dạng tín hiệuu ra (Quan sát hình 2.7).

Hình 2.7. Các dạng tín hiệu ra.
Nguyên tắc làm việc của cả hệ thống này có thể giải thích
thích: Nếu tín hiệu
vào có dạng tuyến tính đi xuống (Hình 2.7) cho đến khi đạt tới mức -U1 sẽ
làm lật mạch rơle
le thành +U2 cần chú ý |U | > |U |. Từ thời
thờ điểm này tại đầu
ra của mạch tích phân tín hiệu có dạng tuyến tính đi lên cho đến khi đạt tới
giá trị U1 làm cho rơle chuyể
chuyển về trạng thái ban đầu (-U2). Quá trình cứ tiếp
tục như vậy và ở đầu ra của rơle có dạng xung vuông độ lớn ±U2 và đầu ra
của mạch tích phân có dạng xung tam giác biên độ U1 (Hình
ình 2.7). Các tín hiệu
này cùng tần số và các khoảng cách xung (độ dầy, độ rỗng…).
rỗng…
20


Một số tín hiệu ra được điều chế:

U
t

Sóng mang

U
t
Tín hiệu

U
t

Tín hiệu
điều chế

Điều chế biên độ

Tín hiệu
Sóng mang

Tín hiệu điều chế

21


CHƯƠNG 3. MẠCH ỨNG DỤNG

* MỘT
ỘT SỐ MẠCH ỨNG DỤNG
3.1. IC 8038

3.1.1. Giới
ới thiệu IC 8038

Sơ đồ nguyên lý:

22


Các chân của ICL 8038:
Gồm 14 chân:
Pin Number

Description

1

SWA - Sine Wave Adjust

2

SWO - Sine Wave Output

3

TO - Triangle Wave Output

4

DCFA1 - Duty Cycle Frequency Adjust

5

DCFA2 - Duty Cycle Frequency Adjust


6

V+ - Positive Supply

7

FM BIAS - Frequency Modulation Bias

8

FM SWEEP - FM Sweep Input

9

SQ OUT - Square Wave Output

10

TC - Timing Capacitor

11

V- - V-/Ground

12

SW AJ - Sine Wave Adjust

13


NC - Not Connected

14

NC - Not Connected

ICL 8038 là một dạng sóng IC máy phát điện nguyên khối có thể tạo ra
các dạng sóng sin, vuông và tam giác có độ méo rất ít. Tần số có thể được lập
trình từ 0.001Hz đến 300 KHz bằng cách sử dụng tụ điện và điện trở thời gian
bên ngoài. Tần số điều chế và quét có thể đạt được bằng cách sử dụng một
điện áp bên ngoài. Các tính năng khác của ICL 8038 là tuyến tính cao, đầu ra

23


trình độộ cao, đồng thời các dạng sóng sin, vuông, đầu ra sóng tam giác, bbên
ngoài phần
ần count thấp, ổn định nhiệt độ cao.
3.1.2. Nguyên lý hoạt
ạt động của ICL 8038
Các hoạt
ạt động của ICL8038 llà như sau: Các tụụ điện thời gian bên
b ngoài
(C2 trong sơ đồồ mạch) đđược nạp và phóng bằng
ằng cách sử dụng hai nguồn nội
bộ hiện hành. Nguồn
ồn hiện tại đầu ti
tiên là tất
ất cả về thời gian và

v nguồn hiện tại
thứ hai được
ợc bật ON vvà OFF bằng cách sử dụng một flip - flop. Giả sử mã
nguồn
ồn hiện tại thứ hai llà OFF và nguồn hiện tại đầu tiên
ên là ON, sau đó tụ điện
C2 sẽ được
ợc tính phí với một hiện tại li
liên tục (i) và điện
ện áp trên
tr tụ điện C2
tăng tuyến tính vớii th
thời gian. Khi điện
ện áp đạt đến 2/3 nguồn cung cấp điện áp,
kiểm soát flip - flop được kích hoạt và nguồn đầu tiên
ên hiện
hi nay được kích
hoạt. Nguồn
ồn hiện tại nnày mang gấp đôi hiện
ện nay (2i) C2 tụ điện được
đ
phóng
với một dòng điện
ện (i) hiện tại và điện áp trên nó giảm
ảm xuống tuyến tính với
thời gian. Khi điện
ện áp nnày đạt đến 1/3 nguồn
ồn cung cấp điện áp, flip - flop
được
ợc resetted với điều kiện ban đầu vvà chu kỳ được

ợc lặp đi lặp lại một lần nữa.
3.1.3. Một
ột số mạch ứng dụng sử dụng ICL 8038

Hình 3.1. Mạch
ạch thay đổi tần
ần số âm thanh sử dụng mạch ICL 8038.
24


Sơ đồồ mạch ở tr
trên cho thấy
ấy một bộ dao động thay đổi tần số âm thanh
sử dụng ICL8038. M
Một mạch như vậy là rất
ất hữu ích trong khi thử nghiệm các
dự
ự án âm thanh có li
liên quan. Các dải
ải tần số của mạch này
n là 20Hz đến
20KHz. POT R6 có th
thể được
ợc sử dụng để điều chỉnh tần số trong khi POT R9
có thể được
ợc sử dụng để điều chỉnh sự biến dạng. POT R4 có thể
th được sử dụng
đểể điều chỉnh chu kỳ nhiệm vụ trong khi POT R7 có thể đđược sử dụng để vô
hiệu
ệu hóa các biến thể trong chu kỳ nhiệm vvụ. C2 là tụ

ụ điện thời gian bên
b ngoài
và R5 là một
ột kéo điện trở.
Chú ý:
- Mạch này
ày có th
thể được lắp ráp trên một bảng vero;
- Sử
ử dụng 10 //-10V DC cung cấp kép để tạo năng lượng
ợng cho mạch;
- Việc
ệc cung cấp điện cũng phải được quy định và được
ợc lọc;
- Tất cả các điiện trở cố định được đánh giá 1/4W.
3.2. IC 555
IC 555 là một
ột loại linh kiện khá llà phổ
ổ biến, bây giờ với việc dễ dàng
d
tạo được
ợc xung vuông vvà có thể thay đổi tần số tùy
ùy thích, với
v sơ đồ mạch đơn
giản, điều chế được
ợc độ rộng xung. Nó đđược
ợc ứng dụng hầu hết vào
v các mạch
tạo
ạo xung đóng cắt hay llà những

ững mạch dao động khác. Đây là
l linh kiện của
hãng CMOS sản
ản xuất
xuất.

25