Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

0
162

Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT : Bộ tạo dao động RC là một trong những bộ tạo dao động hình sin và tạo ra đầu ra sóng sin bằng cách sử dụng các linh kiện điện tử tuyến tính. Các bộ dao động LC hoạt động tốt ở tần số cao hơn, nhưng ở tần số thấp, các tụ điện và cuộn cảm trong mạch cộng hưởng sẽ hoạt động tốt hơn.

Do đó, bộ tạo dao động RC phù hợp hơn cho các ứng dụng tần số thấp. Một bộ dao động RC bao gồm một bộ khuếch đại và mạng phản hồi. Mạng phản hồi này là một mạng chuyển pha được thực hiện với số lượng tụ điện và điện trở được sắp xếp theo kiểu bậc thang. Đó là cách mà bộ tạo dao động này còn được gọi là mạng dịch pha RC kiểu bậc thang.

Nguyên tắc cơ bản của bộ dao động dịch pha RC là trước khi cấp lại một phần đầu ra của bộ khuếch đại cho đầu vào, đầu ra của bộ khuếch đại đi qua một mạng dịch pha. Điều kiện cần để tạo ra dao động là độ lệch pha toàn phần của mạch vòng phải là 360 độ.

Do đó, ngoài sự dịch chuyển pha 180 bởi bộ khuếch đại, mạng dịch vụ pha RC này cho phép dịch pha 180 độ và do đó tổng độ lệch pha là 360 độ cũng bằng không độ.

Chúng ta hãy thảo luận về mạch dịch pha RC trước được sử dụng trong mạng phản hồi trước khi tìm hiểu hoạt động của bộ dao động này.

Mạch dịch pha RC – Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Hình dưới đây cho thấy một mạng RC duy nhất, trong đó điện trở R và tụ điện C được sắp xếp nối tiếp. Trong hình, tổng trở của mạch là sự kết hợp của điện trở và điện kháng cảm ứng, tức là,

Z = R – j Xc

Z = Z ∠ – Ф Ohms

 Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Coi giá trị của hiệu điện thế rms đặt vào là Vi vôn. Khi đó cường độ dòng điện qua mạch là

I = (Vi ∠0) / Z

I = (Vi ∠ Ф) / Z

Trong đó Z = √ (R2 + Xc2) và

Ф = tan-1 (Xc / R)

Từ phương trình thu được ở trên, rõ ràng dòng điện dẫn điện áp vào Vi một góc Ф. Sự sụt giảm trên điện trở cùng pha với dòng điện trong khi sự sụt giảm trên tụ điện làm trễ dòng điện 90 độ và kết quả của hai sự sụt giảm điện áp này được thể hiện trong hình dưới đây.

Do đó, bằng cách điều chỉnh các giá trị của tụ điện C và điện trở R, góc Ф được điều chỉnh sao cho bằng 60 độ.

 Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Mạng phản hồi

Như đã đề cập ở trên, nhiều mạch RC được sử dụng trong mạng phản hồi để cung cấp dịch pha cần thiết. Mạng này phải cung cấp tổng cộng 180 độ dịch pha để làm cho dịch pha tổng thể xung quanh vòng lặp là 360 độ.

Một mạng phần RC có thể dịch pha tối đa 90 độ do sự tồn tại của cực đơn trong chức năng truyền . Do đó, tối thiểu hai mạng RC là đủ để tạo ra dịch pha 180 độ theo yêu cầu.

Tuy nhiên, trong bộ dao động dịch pha RC thực tế, ba mạng dịch pha RC được xếp tầng với mỗi phần cung cấp độ dịch pha 60 độ.

Vì vậy, tổng độ lệch pha thu được bởi ba phần này trong mạng phản hồi là 180 độ (3 × 60). Mạng phản hồi này được hiển thị trong hình bên dưới.

 Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Mạch dao động RC

Một bộ dao động dịch pha RC bao gồm một bộ khuếch đại 1 tầng E chung với một mạng phản hồi dịch pha bao gồm ba phần RC giống nhau. Bộ khuếch đại có thể được sử dụng BJT hoặc Op-amp.

Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Trong bộ dao động transistor này, một bóng bán dẫn được sử dụng như phần tử tích cực của tầng khuếch đại. Hình dưới đây mô tả mạch dao động RC với transistor là phần tử tích cực. Điểm hoạt động DC trong vùng hoạt động của bóng bán dẫn được thiết lập bởi các điện trở R1, R2, RC và RE và điện áp cung cấp Vcc.

Tụ điện CE là tụ nhánh. Ba phần RC được coi là giống hệt nhau và điện trở trong phần cuối cùng là R ‘= R – hie. Điện trở đầu vào của transistor được thêm vào R ‘, do đó điện trở thuần của mạch là R.

Các điện trở phân áp R1 và R2 lớn hơn và do đó không ảnh hưởng đến hoạt động AC của mạch. Trở kháng RE-CE không đáng kể, nó cũng không ảnh hưởng đến hoạt động của AC.

 Thiết kế mạch dao động dịch pha RC dùng BJT

Khi nguồn được cung cấp cho mạch, điện áp nhiễu (được tạo ra bởi các thành phần điện) bắt đầu dao động trong mạch. Một dòng điện cơ Cực B ở bộ khuếch đại BJT tạo ra dòng điện lệch pha 180 độ.

Khi tín hiệu này được phản hồi đến đầu vào của bộ khuếch đại, nó sẽ lại bị lệch pha 180 độ. Nếu độ lợi của vòng lặp bằng 1 thì dao động duy trì sẽ được tạo ra.

Bằng cách đơn giản hóa mạch với mạch xoay chiều tương đương, chúng ta nhận được

Tần số của dao động,

f = 1 / (2 π RC √ ((4Rc / R) + 6))

Nếu Rc / R << 1, thì

f = 1 / (2 π RC √ 6)

Điều kiện của dao động duy trì,

hfe (phút) = (4 Rc / R) + 23 + (29 R / Rc)

Đối với một dao động lệch pha với R = Rc thì hfe phải là 56 để dao động duy trì.

Từ các phương trình trên, rõ ràng rằng, để thay đổi tần số của dao động, các giá trị R và C phải thay đổi.

Nhưng để thỏa mãn các điều kiện dao động, các giá trị này của ba phần RC phải được thay đổi đồng thời. Vì vậy, điều này là không thể trong thực tế, do đó một bộ dao động dịch pha được sử dụng như một bộ dao động tần số cố định cho tất cả các mục đích thực tế.

Ví dụ

Đối với bộ dao động RC có transistor, chọn giá trị của tụ điện C và transistor hfe để cung cấp tần số dao động 2 KHz với điện trở Rc = 10KOhms, R = 8KOhms

Đã cho

Rc = 10 × 10 3 Hz

R = 8 × 10 3 Hz

f = 2 × 10 3 Hz

Trong dao động lệch pha, tần số của dao động được cho bởi

f = 1 / (2 π RC √ ((4Rc / R) + 6))

2 × 10 3 = 1 / (2 × π × 10 8 3 C √ ((4 × 10 × 10 3/8 × 10 3 ) + 6))

C = 3,0 × 10 -9 F hoặc 0,003 µ F

Giá trị của độ lợi transistro được cho bởi

hfe ≥ (4 Rc / R) + 23 + (29 R / Rc)

hfe ≥ (4 × 10 × 10 3 /8 × 10 3 ) + 23 + (29 × 8 × 10 3 /10 × 10 3 )

hfe ≥ 51,2

Do đó giá trị của tụ điện là C = 3,0 × 10-9 F và hfe = 51,2.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here