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:

Chương 3: Mạch dao động đa hài
dùng BJT
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 dùng BJT

1.1 Khái niệm chung. 31
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.

T
t
a. Xung vuông đơn cực
T
t
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:

T : Chu kỳ
 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


 Nghịch đảo của độ rộng Q được gọi là hệ số đầy xung: T
t
on
=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

Hình 1.5 Hàm tuyến tính.
v(t)

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 4
1.3.3. Hàm mũ giảm:
τ
−
−
=
/)tt(
e.a)t(v
0
1.3.4. Hàm mũ tăng:
)
/)tt(
e1(.a)t(v
0

(t) = a.1(t) – a.1(t – t
0
)

1.4. MẠCH RC

1.4.1. Phản ứng với hàm đột biến điện áp: vi = a.1(t) • 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
−

v

t

a

to
Hình 1.6 Hàm mũ giảm

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

−=τ = RC : Được gọi là thời hằng. 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

= 0 , i = 0 , vC = 0 , vR = 0
0
t
a
vi

tp

0
t

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

vi = kt

Bằng cách lý luận tương tự, ta có: )e1(.kv
/t
R
τ−
−τ=)e1(.kktvvv
/t
RiC
τ−
−τ−=−=


kτ
vi = kt
t
τ
vi

kτ
v
R
vC

v
C
R
i
v
R
+ Vo

-

v
C


C
π
2
1
=

Tại tần cắt điện áp ra có biên độ
2
0
Vi
V =a. Mạch tích phân RC :

ĐN: Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra V
0
(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian của
điện áp vào Vi(t)ø :

∫
= dttViKtV )()(
0

Trong đó K là hệ số tỉ lệ.

Mạch tích phân RC chính là mạch lọc thông thấp RC khi tín hiệu vào có tần số fi rất
lớn so với tần số cắt fc của mạch.

•

(3)
Điện áp ra V
0
(t):
V
0
(t) =
∫
= dtti
C
tV
C
)(
1
)(
⇒ V
0
(t) =
∫
dt
R
tVi
C
)(1

⇒ V
0
(t) =
∫
dttVi

τ
>>
i
fπ2
1
=
π
2
i
T

Trong đó:
τ = R.C là hằng số thời gian.
Ti là chu kỳ của tín hiệu vào.

VD: Trường hợp điện áp vàoVi(t) là tín hiệu hình sin qua mạch tích phân:
Vi(t) = Vm.sinω(t)
Đ iện áp ra: V
0
(t)=
∫
ω
ω
−=ω t
RC
V
tdtSinV
RC
m
m

•
Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian τ=RC rất nhỏ so với Ti thì tụ nạp và
xả rất nhanh nên điện áp ngõ ra V
0
(t) có dạng giống như dạng điện áp vào Vi(t)
(hình 1.9b).
•
Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian τ=
5
i
T
thì tụ nạp và xả điện áp theo
dạng hàm số mũ, biên độ đỉnh của điện áp ra nhỏ hơn Vp

( hình 1.9c)
•
Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian τ rất lớn so với Ti thì tụ C nạp rất
chậm nên điẹân áp ra có biên độ rất thấp (hình 1.9d) nhưng đường tăng giảm
điện áp gần như đường thẳng.
Như vậy, mạch tích phân chọn trịsố RC thích hợp thì có thể sửa dạng xung vuông ở
ngõ vào thành dạng sóng tam giác ở ngõ ra. Nếu xung vuông đối xứng thì xung tam
giác ra là tam giác cân.

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 10

ở ngõ vào có điện áp cao
nên tụ C nạp điện.
Trong thời gian toff ngõ vào có điện áp 0
V

nên tụ xả điện nhưng do thời gian toff

nhỏø
hơn ton nên tụ chưa xả điện hết thì lại nạp
điện tiếp làm cho điện áp của tụ tăng dần
(hình 1.10).
Như vậy, tín hiệu ra có dạng xung nấc thang
Ti

Vi(t)
t

a) Dạng sóng ngõ vào.
V
Vo(t)
t

b) Dạng sóng ngõ ra khi τ <<Ti
V
Vo(t)
t

c) Dạng sóng ngõ ra khi τ =
5

• Tín hiệu ra lấy trên R.
•
Mạch thông cao cho các tín hiệu có tần số cao hơn tần số cắt qua hoàn toàn, tín
hiệu có tần số thấp bị suy giảm biên độ. Tín hiệu ra sớm pha so với tín hiệu
vào.
•
Tần số cắt
RC
f
C
π
2
1
=
Tại tần cắt điện áp ra có biên độ
2
0
Vi
V =

a. Mạch vi phân RC :

⇒ 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) ≈ VC(t)
Đối với tụ C, điện áp trên tụ còn được tính theo công thức:

C
tq
tV
C
)(
)( =
ï

Trong đó q(t) làđiện tích nạp vào tụ.
Từ đó ta có :
fc
Vo
H
ình 1.11b Đáp ứng tần số
f
Vi

1)(1
)()(
ti
Cdt
tdq
Cdt
tdV
dt
tdV
Ci
===
Hay là:i(t) =
dt
tdV
C
i
)(
(3)
Điện áp ra V
0
(t):
V
0
(t) = VR(t) = R.i(t)
⇒ V
0
(t) = R
dt
tdV
C

i
T

Trong đó:
τ = R.C là hằng số thời gian.
Ti là chu kỳ của tín hiệu vào.

VD: Trường hợp điện áp vàoVi(t) là tín hiệu hình sin qua mạch vi phân:
Vi(t) = Vm.sinω(t)
Điện áp ra là: V
0
(t) =
dt
d
CR.
( Vm.sinωt )
= ωR.C.Vmcosωt
= ωR.C.Vm.sin(ωt + 90
0
)
Như vậy, nếu thỏa mãn điều kiện của mạch vi phân như trên thì điện áp ra bị sớm pha
90
0
và biên độ nhân với hệ số tỉ lệ làωRC.

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 xảcủa tụ. Giả
sử điện áp ngõ vào là tín hiệu xung vuông đối xứng có chu kỳ Ti(hình1.12a).
•


Ví dụ 1
: Cho mạch như hình vẽ:

vi = 5.1(t)
R = 1KΩ
C = 470 pF
5
i
T
.
c) Dạng sóng ngõ ra khi τ << Ti.
Hình 1.12: Dạng sóng vào và ra của mạch vi
phân nhận xung vuông.
Vm
Vm
Vm
Vm
-Vm

Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 14
a. E = 0, R1 = ∞
Mạch tương đương: vi = 5.1(t)
vR = 5.
τ− /t
e

vC = 5.
)e1(
/t τ−

E
E
R
==
0R.iv
E
R
==

9 Xét tác dụng của nguồn vi:
0R.iv
E
R
==

)e1.(5v
/ti
C
τ−
−=
τ = RC = 0.47 µs
9 Cộng tác dụng của 2 nguồn, suy ra:
τ−
=
/t
R
e.5v

1)e1.(5v
/t


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy
Trang 15 = 2KΩ c. E = 1V, R1
Mạch tương đương:
9 Xét tác dụng của
nguồn E:

C
−==−=

9 Xét tác dụng của nguồn vi : )K()R//R(R
tñ
Ω==
3
2
1τ−
==
/
t
Rtñ
i
R
e.vv 5

)e.(v
/ti
C
τ−
−= 15
τ = Rtđ.C = 0,313 µs
9 Cộng tác dụng của 2 nguồn:


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

3
1
e.5v
/t
R
−=
τ−3
2
)e1.(5v
/t
C
−−=
τ−


=
/
t
L
e.av Với
τ = L/R được gọi là thời hằng.
t

v

)t(v
R
5-1/35
=
)t(v

−τ= 1

)e(.kktv
/
t
R
τ−
−τ−= 1

Với τ = L/R.
9 Mạch RL lấy tín
hiệu ra trên tải R thì được gọi là mạch hạ thông (thông thấp).
9 Mạch RL lấy tín hiệu ra trên tải L thì được gọi là mạch thượng thông (thông
cao).

 Nhận xét:
• Phản ứng của mạch RL thông cao giống phản ứng của mạch RC thông cao.
•

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.
vi(t) = 5.1(t) – 5.1(t – t
0
) ; t
0
= 10 µs ; R1 = 5,6KΩ ; E = 2V
c.
vi(t) = 5.1(t) – 7.1(t – t
0
) ; t
0
= 10 µs ; R1 = 5,6KΩ ; E = 2V

Bài 2: Cho vi như hình vẽ: C
R1 R
vi

E

+
-
vi

t

a

-a

T

T

a
t
vi

to


Giáo Trình Kỹ Thuật Xung Biên Soạn: Đào Thị Thu Thủy

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 R1
1
K
LR2
2
E

+
-
T
1
T
2

V