Mạch tạo xung đa hài không ổn định

Mạch tạo xung đa hài không ổn định

Mạch tạo xung đa hài không ổn định là bộ dao động chạy tự do dao động giữa hai trạng thái liên tục tạo ra hai dạng sóng đầu ra sóng vuông. Bạn có thể xem phần trước : Mạch tạo xung đa hài lưỡng ổn.

Mạch tạo xung đa hài không ổn định là loại dao động đa hài được sử dụng phổ biến nhất vì chúng không chỉ đơn giản, đáng tin cậy và dễ xây dựng mà còn tạo ra dạng sóng đầu ra sóng vuông không đổi.

Không giống như mạch đa hài đơn ổn hoặc mạch đa hài lưỡng ổn mà chúng ta đã xem xét trong các hướng dẫn trước đó yêu cầu xung kích hoạt “bên ngoài” cho hoạt động của chúng, Mạch tạo xung đa hài không ổn định có tính năng kích hoạt tự động được tích hợp sẵn để chuyển nó liên tục giữa hai trạng thái không ổn định Set và reset.

Mạch đa hài đơn không ổn định là một loại cross-coupled transistor( mắc chéo nhau) có trạng thái đầu ra không ổn định. Mạch không ổn định bao gồm hai transistor chuyển mạch, một mạng phản hồi ghép nối chéo và hai tụ điện trễ thời gian cho phép dao động giữa hai trạng thái mà không cần kích hoạt bên ngoài để tạo ra sự thay đổi trạng thái.

Trong các mạch điện tử, Mạch đa hài không ổn định còn được gọi là Bộ đa nhịp chạy tự do vì chúng không yêu cầu bất kỳ đầu vào bổ sung hoặc hỗ trợ bên ngoài nào để tạo dao động. Bộ tạo dao động không ổn định tạo ra một sóng vuông liên tục từ đầu ra, sau đó có thể được sử dụng để nhấp nháy đèn hoặc tạo ra âm thanh trong loa.

Mạch transistor cơ bản cho Bộ đa hài không ổn định tạo ra đầu ra sóng vuông từ một cặp transistor ghép chéo cực E nối đất. Cả hai transistor NPN hoặc PNP, nó thiên về hoạt động tuyến tính và được vận hành như Bộ khuếch đại E chung với phản hồi dương 100%.

Cấu hình này thỏa mãn điều kiện cho dao động khi: (  βA = 1 ∠ 0o  ). Điều này dẫn đến một giai đoạn dẫn “BẬT hoàn toàn” (Bão hòa) trong khi tầng kia được chuyển sang “TẮT hoàn toàn” (cắt) tạo ra mức độ khuếch đại lẫn nhau rất cao giữa hai transistor. Sự dẫn điện được chuyển từ giai đoạn này sang giai đoạn khác nhờ tác động phóng điện của tụ điện qua một điện trở như hình dưới đây.

Mạch đa hài không ổn định cơ bản

Để hiểu hơn mạch này trước tiên chúng ta hãy học lại kiến thức của transistor một chút:

Tại thời điểm Vbb=0 trans sẽ ở trạng thái cắt. và Vce =Vcc

Tại thời điểm Vbb là một giá trị xác định thì trans ở trạng thái bão hòa nên Vce = 0v

Ta sẽ phân tích mạch này :

Đầu tiên khi ta chưa cấp nguồn cho mạch thì cả 2 Transistor sẽ ở trạng thái tắt.

Sau khi cấp nguồn cả 2 transistor sẽ cố gắng dẫn điện. Ta lưu lý là điện trở R1 luôn nhỏ hơn R2 vì vậy khi ta cấp nguồn các tụ điện sẽ sạc qua điện trở theo đường dẫn bên dưới :

Nhưng do sự không phù hợp trong mạch nên sẽ có một transistor dẫn điện nhiều hơn nên sẽ có một bóng bán dẫn sẽ bão hòa đàu tiên.

Ở đây giả xử Q1 bão hòa trước và Q2 trong trạng thái cắt.

Nên nó trở nên ngắn mạch như hình. Tại thời điểm này Q2 đang dẫn và C1 bắt đầu tích điện. Giả sử điện áp trên tụ là Vc1 :

Nhưng sau khi Q1 đi vào trạng thái bão hòa thì phía bên trái của tụ điện lại nối đất và do đó điện áp tại cực B của Q2 là -Vc1 , do điện áp âm này mà Q2 đi vào vùng cắt vì vậy đây là điểm bắt đầu của mạch. Và do đó ta có thể nói rằng Q1 như mộ ngắn mạch và Q2 như một hởi mạch :

Từ đó ta có thể thấy tại cực C của Q1 là 0V và Q2 là Vcc. Nó giống như Q và Q phủ. Bây giờ ở trạng thái tiếp theo tụ C1 sẽ tích điện ngược và theo hướng khác và nó sẽ sạc qua Rb2. Ở đầu kia tụ C2 bắt đầu tích điện qua Rc2. Bây giờ nếu để ý chúng ta có thể thấy Q1 đang dẫn vì vậy điện áp Vbe của nó là 0.7V điều đó có nghĩa là phía bên trái của tụ điện C2 là 0.7V và bên phải là Vcc vậy điện áp sạc trên tụ điện sẽ sạc đến Vcc-0.7V :

Như ta đã nói điện trở cực C sẽ nhỏ hơn cực B do đó tụ C2 sẽ sạc nhanh hơn C1. Và sau khi điện áp trên C1 là 0.7V thì điện áp tương tự cũng xuất hiện trên chân B của Q2 và phía phải của tụ điện C1 là dương và trái là âm :

Sau đó Q2 sẽ đi vào trạng thái bão hòa :

Sau đó Q2 lại hoạt động như ngắn mạch và khi đó bản bên phải tụ điện sẽ nối đất và điều đó có nghĩa là cực B của Q1 sẽ là -(Vcc-0.7) do điện áp âm này Q1 sẽ bị tắt.

Điều đó có nghĩa là Q1 tắt và Q2 Bật :

Như hình trên ta thấy tại cực C của 2 transistor ta sẽ có điểm 0V và Vcc nói trái ngược với hình ở trên kia ta vừa phân tích. Tiếp theo tụ điện C2 sẽ bắt đầu tích điện thông qua Rb1 và tụ điện C1 sẽ bắt đầu tích điện qua Rc1 và quá trình lại lặp lại một lần nữa.

Sau đó, chúng ta có thể thấy rằng mạch luân phiên giữa một trạng thái không ổn định trong đó transistor Q1 là “TẮT” và transistor Q2 là “BẬT”, và không ổn định thứ hai trong đó Q1 là “BẬT” và Q2 là “TẮT” tại một tỷ lệ được xác định bởi các giá trị RC . Quá trình này sẽ tự lặp đi lặp lại miễn là có điện áp cung cấp.

Biên độ của dạng sóng đầu ra xấp xỉ bằng với điện áp cung cấp, Vcc với khoảng thời gian của mỗi trạng thái chuyển mạch được xác định bởi hằng số thời gian của mạng RC được kết nối qua các đầu cực B của transistor. Khi các transistor chuyển đổi cả “BẬT” và “TẮT”, đầu ra ở một trong hai cực C sẽ là một sóng vuông với các góc hơi tròn do dòng điện sạc các tụ điện. Điều này có thể được sửa chữa bằng cách sử dụng nhiều thành phần hơn như chúng ta sẽ thảo luận sau.

Nếu hai hằng số thời gian được tạo ra bởi C2 x R2 và C1 x R3 trong các mạch là như nhau, thì tỷ lệ mark-space(xem minh họa ở đây : Mark-Space) (  t1 / t2  ) sẽ bằng 1-1 làm cho dạng sóng đầu ra có dạng đối xứng. . Bằng cách thay đổi các tụ điện, C1, C2 hoặc điện trở, R2, R3, tỷ lệ mark-space và tần số có thể được thay đổi.

Hình ảnh này chưa có thuộc tính alt; tên tệp của nó là image-2.gif

Chúng tôi đã thấy trong hướng dẫn về mạch RC rằng thời gian cần thiết để điện áp trên tụ điện giảm xuống một nửa điện áp cung cấp, 0,5Vcc bằng 0,69 hằng số thời gian của sự kết hợp tụ điện và điện trở. Kkhoảng thời gian mà transistor TR 2 ở trạng thái “TẮT” sẽ bằng 0,69T hoặc 0,69 lần hằng số thời gian của C1 x R3 . Tương tự, khoảng thời gian mà transistor TR 1 ở trạng thái “TẮT” sẽ bằng 0,69T hoặc 0,69 lần hằng số thời gian của C2 x R2 và điều này được định nghĩa là.

Chu kỳ của mạch

Trong đó, R ở Ω và C ở Farads.

Bằng cách thay đổi hằng số thời gian của chỉ một mạng RC, tỷ lệ mark-space và tần số của dạng sóng đầu ra có thể được thay đổi nhưng thông thường bằng cách thay đổi cả hai hằng số thời gian RC cùng một lúc, tần số đầu ra sẽ được thay đổi theo theo tỷ lệ mark-space giống nhau .

Nếu giá trị của tụ điện C1 bằng giá trị của tụ điện, C2 , C1 = C2 và giá trị của điện trở cơ bản R2 bằng giá trị của điện trở cơ bản, R3 , R2 = R3 thì tổng thời gian của chu kỳ đa hài được đưa ra dưới đây cho một dạng sóng đầu ra đối xứng.

Tần số dao động

Trong đó, R tính bằng Ω, C tính bằng Farads, T tính bằng giây và ƒ tính bằng Hertz.

và đây được gọi là “Tần số lặp xung”. Vì vậy, Mạch tạo xung đa hài không ổn định có thể tạo ra HAI dạng sóng đầu ra sóng vuông rất ngắn từ mỗi transistor hoặc một đầu ra hình chữ nhật dài hơn nhiều hoặc đối xứng hoặc không đối xứng tùy thuộc vào hằng số thời gian của mạng RC như hình dưới đây.

Dạng sóng 

Ví dụ về Mạch tạo xung đa hài không ổn định số 1

Mạch tạo xung đa hài không ổn định để sản xuất một loạt các xung ở một tần số của 500Hz với tỷ lệ mark-space là 1: 5. Nếu   R2 = R3 = 100kΩ , hãy tính giá trị của các tụ điện, C1 và C2 yêu cầu.

và bằng cách sắp xếp lại công thức trên cho chu kỳ, các giá trị của tụ điện cần thiết để có tỷ lệ M-S 1: 5 được cho là:

Các giá trị 4,83nF và 24,1nF tương ứng là các giá trị được tính toán, vì vậy chúng ta cần chọn các giá trị ưu tiên gần nhất cho C1 và C2 cho phép dung sai của tụ điện. Trên thực tế, do phạm vi dung sai rộng liên quan đến tụ điện nhỏ, tần số đầu ra thực tế có thể chênh lệch tới ± 20%, (trong ví dụ đơn giản của chúng tôi là 400 đến 600Hz) so với tần số thực tế cần thiết.

Nếu chúng ta yêu cầu dạng sóng có thể chuyển đổi đầu ra không đối xứng để sử dụng trong các mạch định thời hoặc kiểu gating, v.v., chúng ta có thể tính toán thủ công các giá trị của R và C cho các thành phần riêng lẻ được yêu cầu như chúng ta đã làm trong ví dụ trên. Tuy nhiên, khi hai R và C đều bình đẳng, chúng ta có thể sử dụng bảng dưới để tính tần số cho các kết hợp hoặc giá trị của cả hai khác nhau R và C . Ví dụ,

Bảng tần số mạch tạo xung đa hài không ổn định

Res. Giá trị tụ điện
1nF 2,2nF 4,7nF 10nF 22nF 47nF 100nF 220nF 470nF
1.0kΩ 714,3kHz 324,6kHz 151,9kHz 71,4kHz 32,5kHz 15,2kHz 7,1kHz 3.2kHz 1,5kHz
2,2kΩ 324,7kHz 147,6kHz 69,1kHz 32,5kHz 14,7kHz 6,9kHz 3.2kHz 1,5kHz 691Hz
4,7kΩ 151,9kHz 69,1kHz 32,3kHz 15,2kHz 6,9kHz 3.2kHz 1,5kHz 691Hz 323Hz
10kΩ 71,4kHz 32,5kHz 15,2kHz 7,1kHz 3.2kHz 1,5kHz 714Hz 325Hz 152Hz
22kΩ 32,5kHz 14,7kHz 6,9kHz 3.2kHz 1,5kHz 691Hz 325Hz 147Hz 69,1Hz
47kΩ 15,2kHz 6,9kHz 3.2kHz 1,5kHz 691Hz 323Hz 152Hz 69,1Hz 32,5Hz
100kΩ 7,1kHz 3.2kHz 1,5kHz 714Hz 325Hz 152Hz 71,4Hz 32,5Hz 15,2Hz
220kΩ 3.2kHz 1,5kHz 691Hz 325Hz 147Hz 69,1Hz 32,5Hz 15,2Hz 6,9Hz
470kΩ 1,5kHz 691Hz 323Hz 152Hz 69,1Hz 32,5Hz 15,2Hz 6,6Hz 3.2Hz
1MΩ 714Hz 325Hz 152Hz 71,4Hz 32,5Hz 15,2Hz 6,9Hz 3.2Hz 1,5Hz

Bảng tần số được tính toán trước có thể rất hữu ích trong việc xác định các giá trị cần thiết của cả R và C cho một tần số đầu ra đối xứng cụ thể mà không cần phải tính toán lại chúng mỗi khi yêu cầu một tần số khác.

Bằng cách thay đổi hai điện trở cố định, R 2 và R 3 cho một chiết áp và giữ nguyên giá trị của các tụ điện, tần số từ đầu ra Mạch tạo xung đa hài không ổn định có thể được “điều chỉnh” dễ dàng hơn để cung cấp một giá trị tần số cụ thể hoặc để bù cho dung sai của các thành phần được sử dụng.

Ví dụ, chọn giá trị tụ điện là 10nF từ bảng trên. Bằng cách sử dụng chiết áp 100kΩ cho điện trở của chúng tôi, chúng tôi sẽ nhận được tần số đầu ra có thể được điều chỉnh hoàn toàn từ trên 71,4kHz một chút xuống 714Hz. Tương tự như vậy, giá trị tụ điện là 47nF sẽ cho dải tần từ 152Hz đến hơn 15kHz.

Ví dụ số 2

Một mạch Mạch tạo xung đa hài không ổn định được xây dựng bằng cách sử dụng hai tụ điện định thời có giá trị bằng nhau là 3,3uF và hai điện trở cơ bản có giá trị 10kΩ. Tính tần số dao động cực tiểu và cực đại nếu một chiết áp 100kΩ mắc nối tiếp với hai điện trở.

Với chiết áp ở 0%, giá trị của điện trở cơ bản bằng 10kΩ.

với chiết áp 100%, giá trị của điện trở cơ bản bằng 10kΩ + 100kΩ = 110kΩ.

Sau đó, tần số đầu ra của dao động cho mạch có thể thay đổi trong khoảng từ 2.0 đến 22 Hertz.

Khi chọn cả giá trị điện trở và điện dung để hoạt động đáng tin cậy, các điện trở cực B phải có giá trị cho phép transistor chuyển sang “BẬT” hoàn toàn khi transistor khác chuyển sang “TẮT”. Ví dụ, hãy xem xét mạch trên. Khi transistor TR2 hoàn toàn “BẬT”, (bão hòa) gần như cùng một điện áp được giảm xuống trên điện trở R3 và điện trở R4 .

Nếu transistor đang được sử dụng có độ lợi dòng β là 100 và điện trở tải cực C, R4 bằng 1kΩ thì giá trị điện trở B tối đa do đó sẽ là 100kΩ. Bất kỳ giá trị cao hơn nào và transistor có thể không chuyển sang “BẬT” hoàn toàn dẫn đến mạch cho kết quả thất thường hoặc không dao động. Tương tự như vậy, nếu giá trị của điện trở B quá thấp, transistor có thể không chuyển sang “TẮT” và mạch sẽ không dao động nữa.

Một tín hiệu đầu ra có thể nhận được từ đầu cực C của một trong hai transistor trong mạch Mạch tạo xung đa hài không ổn định với mỗi dạng sóng đầu ra là một hình ảnh phản chiếu của chính nó. Ở trên chúng ta đã thấy rằng cạnh của dạng sóng đầu ra hơi tròn và không vuông do đặc tính sạc của tụ điện trong mạch.

Nhưng chúng ta có thể đưa một transistor khác vào mạch sẽ tạo ra xung đầu ra gần như vuông hoàn hảo và cũng có thể được sử dụng để chuyển tải dòng điện cao hơn hoặc tải trở kháng thấp như đèn LED hoặc loa, v.v. mà không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch thực tế. Tuy nhiên, mặt trái của điều này là dạng sóng đầu ra không hoàn toàn đối xứng vì transistor bổ sung tạo ra độ trễ rất nhỏ. Hãy xem xét hai mạch dưới đây.

Mạch tạo xung đa hài linh hoạt

Một đầu ra có cạnh hình vuông bây giờ được tạo ra từ transistor thứ ba, TR 3 được kết nối với E của transistor, TR 2 . transistor thứ ba này chuyển “BẬT” và “TẮT” đồng thời với transistor TR 2 . Chúng ta có thể sử dụng transistor bổ sung này để chuyển đổi Điốt phát sáng, Rơle hoặc để tạo ra âm thanh từ Bộ chuyển đổi âm thanh như loa hoặc loa âm thanh piezo như hình trên.

Điện trở tải, Rx cần được chọn phù hợp để tính đến việc giảm điện áp thuận và để giới hạn dòng điện tối đa khoảng 20mA đối với mạch LED hoặc để cung cấp tổng trở tải khoảng 100Ω đối với mạch loa. Loa có thể có bất kỳ trở kháng nào nhỏ hơn 100Ω.

Bằng cách kết nối một transistor bổ sung, TR4 với cực E của transistor khác, TR1 theo cách tương tự, chúng tôi có thể tạo ra một mạch nhấp nháy hai bộ đèn hoặc đèn LED từ cái này sang cái khác với tốc độ được xác định bởi hằng số thời gian của mạng định thời RC .

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button