155

Chng 6
TO DAO NG HèNH SIN
6.1 KHI NIM CHUNG .
Cỏc dao ng hỡnh sin (hay cũn gi l dao ng iu ho) cú tn s t vi
hz n hng ngn Mhz c s dng rng rói trong cỏc mỏy thụng tin, mỏy o
lng, cỏc thit b y t vv ú l cỏc mỏy phỏt súng c thit k cỏc di súng
khỏc nhau vi mc ớch s dng tng ng.
Cỏc dao ng hỡnh sin cú th c to ra theo ba phng phỏp sau õy:
- To dao ng hỡnh sin bng mt h t dao ng gn vi mt h
bo ton tuyn tớnh.
- Bin i mt tớn hiu tun hon t dng khụng phi hỡnh sin v
dng hỡnh sin
- Dựng cỏc b bin i tng t - s
(AD), s - tng t (DA)
Trong chng ny ch xột nguyờn lý
cỏc mch lm vic theo phng phỏp th
nht l cỏc mch thụng dng hn c. Tuy
nhiờn trc tiờn tỡm hiu qua v nguyờn lý
xõy dng cỏc mch theo phng phỏp th
hai v th ba.
Phng phỏp th hai thng c s dng trong cỏc mỏy phỏt súng a
chc nng : to ra dao ng dng xung vuụng, xung tam giỏc, dao ng hỡnh
sin, thm chớ c tớn hiu iu ch.
Mt s khi dng ny trỡnh by hỡnh 6.1 õy mch tớch phõn I v
Rle R to thnh mt h t dao ng cho ra xung vuụng v xung tam giỏc.
Xung tam giỏc qua b bin i F c bin thnh dao ng hỡnh sin. Nhc
im ca dao ng hỡnh sin ny l cú mộo phi tuyn ln hn so vi trng
hp 1.

a)Sơ đồ khối TDD hình
sin trong KT số
b)Đồ thị xấp xỉ dao
động hình sin bằng các
giá trị gián đoạn156

chính xác càng cao.
Bây giờ ta xét phương pháp thứ nhất là phương pháp thông dụng nhất.Một
hệ dao động tự kích gần với một hệ bảo toàn năng lượng có phần tử khuếch đại
đơn
hướng K và mạch hồi tiếp dương  như ở hình 6.3

Một hệ như vậy có quan hệ(xem hồi tiếp rong khuếch đại -chương 4) :

K

=
 .K
K
(6.1)
Trong đó K là hệ số khuếch đại của phần
tử khuếch đại (đơn hướng),  hàm truyền đạt
phức của mạch hồi tiếp , K

là hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại có hồi
tiếp(xem 4.2.2).
Từ (6.1) dễ dàng nhận thấy khi :

tăng đần về biên độ . Giai đoạn này gọi là giai đoạn tự kích hay phát sinh dao
động .
Giai đoạn thứ hai là giai đoạn thiết lập dao động : biên độ của dao động
tăng dần. Trong giai đoạn này biên độ và tần số của dao động dần tiến về giá trị
ổn định . Đây là quá trình quá độ diễn ra trong mạch.
Giai đoạn thứ ba là giai đoạn xác lập dao động , biên độ và tần số của dao
động có giá trị ổn định.

K


H×nh 6.3 S¬ ®å
khèi hÖ dao
®éng tù kÝch157

Cỏc mch to dao ng hỡnh sin dng ny cú th l thun khỏng LC ghộp
bin ỏp, ghộp phõn ỏp in cm (bin ỏp t ngu) , hoc phõn ỏp in dung , cú
th l dao ng RC. Ln lt s xột nguyờn lý lm vic ca chỳng.
6.2. TO DAO NG HèNH SIN LC GHẫP H CM.
Mch to dao ng loi ny cú mt h thng chn lc (h thng cỏc
khung cng hng LC) mc mch ra hoc mch hi tip. Phn t khuch i
K cú th l ốn in t, tranzsto, khuch i thut toỏn.
Xột s hỡnh 6.4 vi phn t khuch i l khuch i thut toỏn mc
khụng o ; Mch hi tip l h cng hng LC , hi tip thc hin qua i
lng h cm M (ghộp bin ỏp ) .

(

U
U
U
U
K
1
1
1
11
P
ra
N
ra
V
ra






Vỡ tr
khỏng ra ca
KTT nh nờn
mc thờm in tr
R gim nh
hng tr khỏng
ra nh ca KTT
n tr khỏng
súng ca mch

C
Hình 6.2.Mạch TDĐ ghép hỗ cảmM
Cb Rb CE RE
L C
CE
RE
-Ucc +
C L
Uht
M
a)

b)
Hình 6.5
a)Tạo dao động ghép biến áp mắc emitơ chung
b) Tạo dao động ghép biến áp mắc bazơ chung
158

0dtu
L
1

K



là hệ số suy giảm ; 
0
=
LC

Tần số cộng
hưởng riêng của khung dao động LC.
Dạng phương trình (6.8) là một phương trình vi phân đặc trưng cho một hệ
dao động tự do nói chung . Riêng đối với mạch hình 6.3 trong trường hợp tổng
quát nó là một phương trình vi phân phi tuyến vì K
*
phụ thuộc vào chế độ làm
việc của phần tử khuếch đại.
Nghiệm của 6.8 có dạng :
u
ra
=


teU
22
0
t
0ra



phần tử của hệ cộng hưởng nối tiếp theo mạch vòng với

159

Z
1
= r
1
+ jX
1

Z
2
= r
2
+ jX
2

Z
3
= r
3
+ jX
3

r
i
- điện trở tổn hao của tổng trở Z
i
, X

3
=


Z Z Z
Z Z Z
3 1 2
1 2 3

 
(6.12)
Hệ số truyền của mạch hồi tiếp:

21
2
ra
ht
ZZ
Z
U
U

 (6.13)
Điều kiện (6.2) sẽ là



 
1
ZZZ

)(

Như vậy thì
X
1
+X
2
+X
3
= 0 (6.14)

1
rrr
XSX
321
32


(6.15)
(6.14) và (6.15) tương ứng là
điều kiện cân bằng pha và cân bằng
biên độ. Từ (6.15) suy ra X
2
và X
3

phải cùng tính (cùng dấu)cảm hoặc
cùng tính dung. Kết hợp với (6.14) thì
X
1

- Mạch ba điểm điện cảm(hình 6.7.a)hay mạch Harley.
X
2
, X
3
> 0 ; X
1
< 0
- Mạch ba điểm điện dung(hình
6.7.b)hay mạch Collpid.
X
2
, X
3
< 0 ; X
1
> 0
Hình 6.8 làmột mạch tạo dao động
ba điểm điện cảm (sơ đồ Hartley) mắc
emitơ chung. ở đây
X
3
=X
CE
= L
1
> 0
X
2
= X

=
C)LL(  

(6.17)
Tại tần số cộng hưởng trở kháng tải Z
t
sẽ là :
Z
tc h
= p
2
R
tđ
//


n
h
e
(6.18)
Hệ số khuếch đại:
K = - S . Z
tc h
= -







hỗ dẫn của tranzisto.
Thay (6.16) và (6.19) vào điều kiện (6.2) sẽ được :
(1+n
2
)h
11e
+ n
2
R
tđ
- nR
tđ
h
21e
 0 (6.21)
Trong biểu thức dấu " < " ứng với giai đoạn quá độ ( khi K > 1 ); dấu " =
" ứng với giai đoạn xác lập dao động.
Thường n << 1 nên (6.21) có dạng :






td
td
R
eh
eh
n















 (6.23)
Giá trị của n nằm trong khoảng: n
2
< n < n
1
thì mạch sẽ dao động
.
Khi dao động đã xác lập thì n nhận giá trị n
1
hoặc n
2 .

Hình 6.9a là mạch dao động ba điểm điện dung ( Collpid) mắc emitơ
chung.
ở đây X
1

Zt
c h
= -











n
h
//Rtdp
h
h
e
e
e
(6.24)
 = -
C
C
1
2
= - n (6.25)
Điều kiện (6.2) sẽ là :

CC
L

(6.27)
Một dạng mạch Collpid trình bày trên hình 6.9b gọi là mạch Clapp.

162

Khác với
mạch ở hình
6.8a, ở mạch
Clapp hình 6.8b
thì
X
CB
= X
1
= L -
C



Để thoả mãn
điều kiện cân
bằng pha thì tại
tần số dao động
nhánh LC phải
mang tính chất
điện cảm ,tức: 
dđ



Thường chọn C <<C
1
, C
2
nên C
tđ
 C . Vì vậy p 
C
C
1
<< 1 ; Nghĩa là
Tranzisto được ghép rất lỏng vào khung cộng hưởng nên điện dung ký sinh ở
đầu vào và đầu ra của nó rất ít ảnh hưởng đến khung cộng hửơng. Tần số của
dao động tạo ra là:
f
d đ
 f
c h
=
LC2
1
LC2
1
td



(6.28)

Giả sử với mạch 6.6a có các tham số :
L = 25H; C
1
= 1nF ; C
2
= 100nF ; h
21
e = 100 ; h
11
e = 12,5k.
Hãy kiểm tra với hệ số phẩm chất Q =80 xem mạch có dao động được
hay không.
Điều kiện cân bằng biên độ
+Ucc
Cn
R
2
R
E
C
E
R
1
C1
C2
L
C
E
B
+Ucc

K
td
td
( 6.30)
Điều kiện này tương tự như (6.21)
n =  =






 ,
C
C

C
tđ
= nF
.
CC
CC










.,.
K
Điều kiện tự kích về biên độ là thoả mãn. Còn điều kiện cân bằng pha
thoả mãn tại tần số:
f
d đ
= f
c h
=

















LCtd
CC
CC

hồi tiếp.
Vi phân toàn phần biểu thức (6.32) rồi tìm ra số biến thiên của tần số d sẽ
nhận được

164












dd
dn
n
dm
m
d
k
k
(6.33)
Từ (6.33) ta thấy có thể dùng một số nhóm biện pháp để giảm d , tức là

chất Q thì tại tần số cộng hưởng








Q
d
d
. Như vậy cần tăng hệ số
phẩm chất Q để tăng độ ổn định tần số của mạch tạo dao động .Như đã xét ở
chương 1 (1.6) thạch anh tương đương với một khung cộng hưởng có hệ số
phẩm chất Q cực lớn. Vì vậy độ ổn định tần số tương đối

f
f
0
của mạch tạo dao
động thạch anh đạt 10
-6
 10
-8
,trong khi đó các dạng dao động đã xét không
vượt quá 10
-3
 10
-4

C
s
<<C
1
, C
2
(6.35)
Thc t tn s dao ng to ra gn bng tn s cnh hng song song f
d

f
P
.
Hỡnh 6.10b l mch ba im in cm khi tn s dao ng f
d
tho món
iu kin fq < f
d
< f
P
lỳc ú : Z
1
= Z
BC
= - j


C
dd


(6.37)
Mch in hỡnh 6.10c tng t nh mch ghộp h cm hhỡnh 6.4a ó xột.
Tuy nhiờn õy thch anh mc nhm chn lc tn s hi tip. Ti tn s fq tr
khỏng ca thch anhh Zq 0 nờn tn s to ra f
d
fq
6.5.TO DAO NG RC
Cỏc mch to dao ng LC tn s thp lm vic kộm n nh v cú kớch
thc ln do tr s in cm cn ln.Vỡ vy vựng tn s thp thng s dng
cỏc mch to dao ng RC ; tuy nhiờn cng cú th s dng cỏc mch to dao
ng RC vi tn s ti vi MHz. cỏc mch to dao ng RC khõu hi tip s
dng cỏc phn t in tr v in dung.Cú hai loi mch mch to dao ng RC
thụng dng l mch kiu 3 khõu RC (Cu Xiphorop) v kiu cu cõn bng pha
(cu Vien)
+Uc
C1

C2
.
Rc
R
E
C
E
R
B
a)
+Ucc
R
2

166

6.5.1. Mạch tạo dao động kiểu cầu Xiphorop .
Mạch tạo dao động loại này khi sử dụng phần tử khuếch đại K là mạch
Emitơ chung hoặc khuếch đại thuật toán mắc đảo thì điện áp ra sẽ ngược pha
với điện áp
vào, tức là 
K
=  . Như vậy mạch hồi tiếp cũng phải quay pha ( di pha ) tín
hiệu
một góc 

= để thoả mãn điều kiện (6.4).Mạch RC quay pha(mạch hồi
tiếp)
thường dùng là mạch lọc thông cao hình 6.11a hoặc thông thấp 6.11b .
Với lọc thông cao, mạch tạo dao động dùng Tranzisto mắc emitơ chung có
dạng hình 6.11 .
Lập phương trình dòng điện
mạch vòng hoặc điện thế điểm nút
cho mạch hình 6.11a , giải tìm
quan hệ giữa U
B
= U
ht
và U
C
=
U
ra
sẽ tìm được:


(6.38)
Để có 

= tức  là một số thực
âm thì :

 




RC
= 0
Từ đó xác định tần số của dao
động :

RC62
1
f
RC6
1
dddd

 ;
(6.39)
Thay 
d đ
vào biểu thức(6.38) tìm được:   
1

RE
RC
Cn
R2
H×nh.6.12.TD§ cÇu Xiphorop
trªn tranzisto m¾cEC
+ECC
Ura Uht

K167

Sơ đồ TDĐ trên hình 6.13.là
mạch cầu Xiphorop xây dựng trên
khuếch đại thuật toán tương tự
như mạch hình 6.12. ở đây có hai
mạch hồi tiếp: mạch  là mạch
hồi tiếp dương bảo đảm cân bằng
pha,mach hồi tiếp âm R
1
R
N
đảm
bảo hệ số khuếch đại :
k=
29
R
R







12
21
1
21
21
2
1
2
1
1
CR
CRj
C
CR
ZZ
Z
U
U
r
v





= R
2
= R , C
1
= C
2
= C thì
f
d đ
=
3
1
;
2
1



RC
và K = 3 (6.43)
Hình 6.14a là mạch tạo dao động RC cầu Viên với mạch khuếch đại là gồm
2 tầng trên 2 tranzisto mắc emitơ chung để ghép qua C
n
có 
K
=0.Hai tầng T
1
và
T
2

168

Mạch hình 6.14b sử dụng khuếch đại thuật toán g với mạch hồi tiếp âm R
0
R
N

và hồi tiếp dương R
1
C
1
R
2
C
2
tạo thành mạch cầu Viên có 4 đỉnh là đầu vào đảo
N, đầu ra ; đầu vào không đảo P và mat. Các thông số xác định theo (6.43)
Nhánh hồi tiếp âm R
0
R
N
xác định hệ số khuếch đại
K = 1 +
0
N
R
R
= 3
do vậy
R

R'b1
RC1
RC2
+
_
Cn
T1
T2
ECC
R1
C2
C1
R2R0
Rht
a)
b)