LỜI GIỚI THIỆU

Kỹ thuật xung là môn học cơ sở của nghành Điện – Điện tử và có vị trí khá quan trọng
trong toàn bộ chương trình học của sinh viên và học sinh, nhằm cung cấp các kiến
thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để tạo tín hiệu xung và biến đổi dạng tín
hiệu xung.

Giáo trình Kỹ thuật xung gồm 4 chương, được biên soạn cho hệ cao đẳng nhằm giúp
sinh viên có các kiến thức cơ bản về tín hi
ệu xung và hiểu được các nguyên lý cơ bản
của các mạch tạo xung, biến đổi dạng xung với nhiều linh kiện khác nhau. Để giúp
sinh viên nắm vững lý thuyết, có các ví dụ, bài tập ứng dụng và bài tập thiết kế mạch
ứng với từng phần. Sau khi hoàn tất môn học sinh viên có thể tự thiết kế một mạch tạo
xung với các thông số yêu cầu cho những mạch ứng dụng cụ thể.

Dù có nhiề
u cố gắng, giáo trình cũng không thể tránh khỏi thiếu sót, rất mong sự đóng
góp ý kiến từ các đồng nghiệp và các sinh viên.

Tp, Hồ Chí Minh năm 2006

Đào Thị Thu Thủy
MÔN HỌC: KỸ THUẬT XUNG
1. Mã môn học:
2. Số đơn vị học trình: 2
3. Trình độ thuộc khối kiến thức: Khối chuyên ngành.
4. Phân bố thời gian: Lý thuyết 80% - bài tập 20%
5. Điều kiện tiên quyết: Không
6. Mô tả vắn tắt nội dung môn học:
Môn học bao gồm các phương pháp tạo xung và biến đổi dạng xung: mạch RLC,
mạch xén, mạch kẹp, mạch so sánh, dao động đa hài.

12 10 2
Chương 4:Các mạch tạo xung khác 4 4
Ôn tập 2 2

Chương 1: TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH R L C
§1.1. Khái niệm và các dạng xung
§1.2.
Các thông số của tín hiệu xung
§1.3. Mạch lọc
1.3.1. Mạch lọc RC
1.3.2. Mạch lọc RL
1.3.3. Mạch lọc LC
§1.4. Mạch tích phân
§1.5. Mạch vi phân
Bài tập

Chương 2: MẠCH GIAO HOÁN DIODE, OP-AMP, BJT
§2.1. Mạch xén
2.3.1. Mạch xén dương
2.3.1. Mạch xén âm
2.3.2. Mạch xén 2 mức
§2.2. Mạch ghim
2.4.1. Mạch ghim đỉnh trên
2.4.2. Mạch ghim đỉnh dưới
§2.3. Mạch so sánh dùng Op-amp
Bài tập

Chương 3: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
§3.1. Khái niệm chung
§3.2. Hai trạng thái của Transistor

1.2 Trạng thái ngắt dẫn của Transistor. 31
3.3. Mạch dao
động đa hài lưỡng ổn dùng BJT. 33
3.4. Mạch dao động đa hài đơn ổn. 37
3.5. Mạch dao động đa hài phi ổn. 43

Chương 4:Các mạch dao động khác

4.1. Mạch dao động đa hài dùng Op_amp. 52
4.2. Mạch dao động đa hài dùng vi mạch định thì IC555. 55

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 1
CHƯƠNG 1
TÍN HIỆU XUNG VÀ MẠCH GIAO HOÁN RLC.

1.1. KHÁI NIỆM
• Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia làm hai loại
cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc.
 Tín hiệu liên tục (còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự) là tín
hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian.
 Tín hiệu rời rạc (còn được gọi là tín hiệu xung hay số) là tín hiệu có
biên độ biến thiên không liên tục theo thời gian.
• Tín hiệu xung: là tín hiệu rời r
ạc theo thời gian.
• Đặc điểm chung: là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên độ
từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh.
• Bản chất vật lý: dòng điện, điện áp, ánh sáng….
• Hình dạng: vuông, tam giác, răng cưa, nh?n, hình thang…


b. Xung vuông lưỡng cực
T
t
e. Xung nhọn lưỡng cực
T
t
d. Xung tam giác
T
t
c. Xung răng cưa
t
T
f. Xung nấc thang
Hình 1.1 Các dạng tín hiệu xung
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 2

1.2. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÍN HIỆU XUNG
1.2.1. Xung đơn
• Khái niệm: xung đơn là chỉ có một xung riêng biệt.
Trong đó:
Vm : Biên độxung.
∆V : Độ sụt áp đỉnh xung.
tr : Độ rộng sườn trước.
tP : Độ rộng đỉnh xung.
tf : Độ rộng sườn sau.
ton : Độ rộng xung thực tế.


 Độ rộng của xung là thời gian ứng với điện áp cao gọi là ton (hay tx).
 Thời gian không có xung ứng với điệ
n áp thấp gọi là toff (hay thời gian nghỉ
tng).
 Chu kỳ xung là: T = ton + toff

(s)
 Xung vuông đối xứng: ton = tofft
∆
V
v(t)
ton
tr

tp

tf

Vm
0.9Vm 0.2 Vm
Hình 1.2 Xung vuông đơn
t
Vm

=η
Để phân tích tín hiệu xung cần đưa về các dạng hàm cơ bản: hàm đột biến, hàm
tuyến tính, hàm mũ giảm, hàm mũ tăng.

1.3. CÁC DẠNG HÀM CƠ BẢN
1.3.1. Hàm đột biến: v(t) = a.1(t - t
0
).
• Đột biến xảy ra tại thời điểm t = t
0
với biên độ là a.
• 1(t – t
0
) : Hàm đột biến đơn vị.
• Khi t < t
0
: v = 0
Khi t ≥ t
0
: v = a

1.3.2. Hàm tuyến tính: v(t) = k(t - t
0
).

−
=
/)tt(
e.a)t(v
0
1.3.4. Hàm mũ tăng:
)
/)tt(
e1(.a)t(v
0
τ
−
−
−=
• t < 0 : vi = 0 , i =
0
vR = 0 , vC = 0
t
0
t

v
Hình 1.6 Hàm mũ tăng.

a

)
/)tt(
e1(.a)t(v
0
τ
−
−
−=
t

t
0
a
v


τ
−
−
=
/)tt(
e.a)t(v
0

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 5
• t = 0 : vi

= a
Mặt khác: v
i
= vC + vR
Mà vC = 0 (Điện áp trên tụ không đột biến).
Do đó: vR = a ⇒
R
a
R
v
i
R
==

•
t > 0 : Tụ C nạp bằng dòng điện
R
τ đặc trưng cho tốc độ diễn
ra quá trình quá độ. τ càng lớn, quá trình quá độ càng kéo dài, mạch lâu xác lập.
1.4.2. Phản ứng với xung vuông:
 Phân tích vi thành tổng các hàm cơ bản, ta có:
vi = v
1
+ v
2

Với :
v
1
= a.1(t)
v
2
= - a.1(t - tp) τ−−
τ−
−=
/)


a
v
1
tp

v
2
- a
vC(t)
vR(t
)
a
t
v
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 6
 0 ≤ t < tp : vi = a ; tụ C nạp điện bằng dòng
R
vv
i
Ci
−
= .
vC

tăng dần, ⇒ i giảm dần, vR giảm.
 tp ≤ t : vi = 0, tụ
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 7

9 Mạch RC lấy tín hiệu ra trên tải C thì được gọi là mạch thông thấp(hạ thông ).
Nếu mạch hạ thông có thời hằng rất lớn thì được gọi là mạch tích phân (Mạch
lọc thông thấp).
9 Mạch RC lấy tín hiệu ra trên tải R thì được gọi là mạch thông cao(thượng thông
). Nếu mạch thượng thông có thời hằng rất nhỏ thì được gọi là mạch vi phân
(Mạch lọc thông cao).
1.4.4. Mạch thông thấp RC

t

v
C

Vi
H
ình 1.8a Mạch thông thấp RC
fc
Vo
H
ình 1.8b Đáp ứng tần số
f
Vi
2
V
i
0

BW
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 8
• Tín hiệu ra lấy trên C.
•
Mạch thông thấp cho các tín hiệu có tần số nhỏ hơn tần số cắt qua hoàn toàn,
tín hiệu có tần số cao bị suy giảm biên độ. Tín hiệu ra trễ pha so với tín hiệu
vào.
•
Tần số cắt


•
Thiết lập công thức:
Từ hình 1.8a ta có: Vi (t)= VR(t) + VC (t) (1)
Từ điều kiện tần số fi rất lớn so với tần số cắt fc ta có:
fi >>
RC
f
C
π
=
2
1

⇒ R >>
Cf
X
i
C
π
=
2
1

⇒ VR(t) >> Vc(t) (2) (vì dòng i(t) qua R và C bằng nhau)
Từ (1) và (2) ta có:Vi (t) ≈ VR(t) = R. i(t)
⇒
R
tVi
ti

∫
dttVi
RC
)(
1Như vậy, điện áp ra V
0
(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian của điện áp vào Vi(t) với
hệ số tỉ lệ K là
RC
K
1
= khi tần số fi rất lớn so với fC .
•
Điều kiện mạch tích phân:

fi >> fC ⇔ fi >>
RC
π
2
1

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 9
RC >>
i
fπ2
1

m
cos
1

V
0
(t) = )90sin(
0
−t
RC
V
m
ω
ω

Như vậy, nếu thỏa mãn điều kiện của mạch tích phân như trên thì điện áp ra bị trễ
pha 90
0
và biên độ bị giảm xuống với hệ số tỉ lệ là
RC
ω
1
.

b. Điện áp vào là tín hiệu xung vuông :

Khi điện áp vào là tín hiệu xung vuông có chu kỳ Ti thì có thể xét tỉ lệ hằng số thời
gian τ =RC so với Ti để giải thích các dạng sóng ra theo hiện tượng nạp xả của tụ.
Giả sử điện áp ngõ vào là tín hiệu xung vuông đối xứng có chu kỳ Ti

Trường hợp ngõ vào là một chuỗi xung
vuông không đối xứng với ton> toff qua
mạch tích phân.
Trong thời gian ton

i
T

V
Vo(t)
t

d) Dạng sóng ngõ ra khi
τ
>>Ti
V
Hình 1.9: Dạng sóng vào và ra
Vi(t)
t
VM

to
to
H
ình 1.10 : Chuỗi xung vuông vào
Vo(t)
t
VM

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 11
1.4.5. Mạch thông cao RC

0
(t) tỉ lệ với đạo hàm theo thời gian của
điện vào Vi(t).
Ta có: V
0
(t) = )(tVi
dt
d
K
Trong đó K là hệ số tỉ lệ.
Mạch vi phân RC chính là mạch lọc thông cao RC khi tín hiệu vào có tần số fi rất
thấp so với tần số cắt fc của mạch.
Trong kỹ thuật xung, mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung tạo ra các xung
nhọn để kích các linh kiện điều khiển hay linh kiện công suất khác như SCR, Triac…

•
Thiết lập công thức:
Từ hình 1.11a ta có: Vi (t)= VR(t) + VC (t) (1)
Từ điều kiện tần số fi rất thấp so với tần số cắt fc ta có:
fi <<
RC
f
C
π
=
2
1

⇒ R <<
Cf

i 0

BW
R
C
i
vC

+ Vo

-

v
R

Vi
H
ình 1.11a Mạch thông cao RC
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 12
)(
1)(1
)()(
ti


Như vậy, điện áp ra V
0
(t) tỉ lệ với vi phân ( đạo hàm) theo thời gian của điện áp vào
với hệ số tỉ lệ K là K = RC khi tần số fi rất thấp so với fC.

•
Điều kiện mạch vi phân:
fi << fC ⇔ fi <<
RC
π
2
1

RC <<
i
fπ2
1
⇔
τ
<<
i
fπ2
1
=
π
2
i
T


T
thì tụ nạp và xả điện tạo dòng
i(t) qua điện trở R tạo ra điện áp giảm theo hàm số mũ. Khi điện áp ngõ vào
bằng 0
V
thì đầu dương của tụ nối mass và tụ sẽ xả điện áp âm trên điện trở R. Ở
ngõ ra sẽ có hai xung ngược nhau có biên độ giảm dần (1.12b)
•
Nếu mạch vi phân có hằng số thời gian τ rất nhỏ so với Ti thì tụ sẽ nạp xả điện
rất nhanh nên cho ra hai xung ngược dấu nhưng có độ rộng xung rất hẹp được
gọi là xung nhọn.
Như vậy, nếu thỏa điều kiện của mạch vi phân thì mạch RC sẽ đổi tín hiệu từ xung
vuông đơn cực ra 2 xung nhọn lưỡng cực.
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 13

a.
E = 0, R1 = ∞
b.
E = 1V, R1 = ∞
c.
E = 1V, R1 = 2KΩ
Bài giải

C
R1 R
vi

E

+
-
Vi(t)
t
Ti

Vo(t)
t
Vo(t)
t
a) Dạng sóng ngõ vào.
b) Dạng sóng ngõ ra khi τ =
5
i
T
.

= 470.10
-9
= 0,47 (µs) = 1V, R1 = ∞
b. E
Mạch tương đương: 9 Xét tác dụng của nguồn E:
iE = 0
0R.iv
E
E
R
==
0R.iv


v

)t(v
R
5)t(v
i

)t(v
C
C
R
vi

C
R
vi

E

+
-
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 15

i
+
−=)V(
3
1
1RR
R
ER.iv
E
R
−=
+
−==
)V(
3
2
R.ivv
1
E
1R
E
C
−==−=

9 Xét tác dụng của nguồn vi :
4)t(v
i
)t(v
C
-1

C
R1 R
vi

E

+
-
C
R1 R
E

+
-
i
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 16

3
1
e.5v
1.5.1. Phản ứng với hàm đột biến điện áp: vi = a.1(t)
• t < 0 : vi = 0
Suy ra: vR = 0, vL = 0
• t = 0 : vi = a
Suy ra: i = 0 ( dòng qua cuộn dây không đột biến ).
vR = 0
vL = vi – vR = a
• t > 0 : Dòng qua cuộn dây tăng dần, vR tăng, vL giảm.
• t = ∞ : Mạch xác lập.
vL = 0
vR = a )e(.av
/
t
R
τ−
−= 1

τ−
=
/
t
L
e.av
-2/3

L
R
vi

vR(t)
vL(t
)
a
t
v
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 17
1.5.2. Phản ứng với hàm tuyến tính: vi = kt
Tương tự ta có được:

)e(.kv
/
t
L
τ−
−τ= 1

)e(.kktv
/
t
R
τ−
−τ−= 1


v
L
vR

v
Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 18
BÀI TẬP CHƯƠNG I

Bài 1: Cho mạch như hình vẽ:
R = 1KΩ
C = 470 pF
Hãy xác định và vẽ đồ thị vi (t), vC(t), vR(t) cho các trường hợp sau:
a.
vi(t) = 5.1(t) – 5.1(t – t
0
) ; t
0
= 10 µs ; R1 = ∞ ; E = 0
b.

khi
10
RC
T
= .

Bài 3: Xác định và vẽ vR , vC của mạch RC khi vi là chuỗi xung vuông có tần số là
T = 2t
0
trong các trường hợp:
a.
τ >> t
0
.
b.
τ << t
0
. C
R1 R
vi

E

+

= RC, Hãy xác định giá trị lớn nhất và giá trị nhỏ nhất của tín
hiệu ngõ ra; Vẽ dạng tín hiệu này. Bài 5: Cho mạch như hình vẽ:
Khi t < 0 : K ở vị trí số 2.
t = 0 : K sang vị trí số 1.
t = 30 µs : K trở lại vị trí số 2.
Hãy xác định và vẽ iL , vL trong các trường hợp sau:
a.
E = 10 V R1 = 1K R2 = 1K L = 1mH
b.
E = 10 V R1 = 10K R2 = 10K L = 10mH
- Mạch xén song song: phần tử xén mắc song song với tải
2.1.1. Mạch xén dùng Diode
Đn: là một dạng mạch sửa dạng sóng rất ph
ổ biến trong thực tế.
Giả sử các diode lý tưởng:
V
γ
= 0 : điện áp bắt đầu dẫn
Is = 0 : dòng rỉ khi phân cực nghịch
rf = 0 : điện trở thuận
rs = ∞ : điện trở nghịch
a. Mạch xén trên :
Xén phần tín hiệu lớn hơn giá trị VN.
D
Vi
-
R
-
++
Vo
-
R
Vi
D
-
Vn
Vo
+
+
Vn

Hình 2.1b. Mạch xén nối tiếp
VN

vi

vo

VN

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 21
 Dạng tín hiệu ra khi tín hiệu vào là tín hiệu sin: b. Mạch xén dưới :
Xén phần tín hiệu nhỏ hơn giá trị VN.
+
-
+
Vn
-

⇒ V
0
= VN
 Đặc tuyến hàm truyền đạt: Biểu diễn sự phụ thuộc giữa tín hiệu ngõ vào
và tín hiệu ngõ ra.
VN

t

v

vo

vi

VN

vi