"Don't study, don't know - Studying you will know!"
NGUYEN TRUNG HOA
1
CHÆÅNG 1
CAÏC MAÛCH TÊNH TOAÏN, ÂIÃÖU KHIÃØN VAÌ TAÛO HAÌM
DUÌNG KHUÃÚCH ÂAÛI THUÁÛT TOAÏN
Chæång naìy nhàòm giåïi thiãûu viãûc æïng duûng maûch khuãúch âaûi thuáût toaïn
(KÂTT) trong caïc maûch khuãúch âaûi, tênh toaïn, âiãöu khiãøn, taûo haìm. Khaío saït caïc maûch
cäüng, træì, nhán chia, khai càn, maûch khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga, maûch vi, têch phán,
PD,PID, maûch chènh læu chênh xaïc, maûch so saïnh tæång tæû...
1.1 Khaïi niãûm chung
Hiãûn nay, caïc bäü khuãúch âaûi thuáût toaïn (KÂTT) âoïng vai troì quan troüng vaì âæåüc
æïng duûng räüng raîi trong kyî thuáût khuãúch âaûi, tênh toaïn, âiãöu khiãøn, taûo haìm, taûo tên
hiãûu hçnh sine vaì xung, sæí duûng trong äøn aïp vaì caïc bäü loüc têch cæûc... Trong kyî thuáût
maûch tæång tæû, caïc maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn âæåüc xáy dæûng chuí yãúu dæûa trãn bäü
KÂTT. Khi thay âäøi caïc linh kiãûn màõc trong maûch häöi tiãúp ta seî coï âæåüc caïc maûch tênh
toaïn vaì âiãöu khiãøn khaïc nhau.
Coï 2 daûng maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn : tuyãún tênh vaì phi tuyãún.
Tuyãún tênh : coï trong maûch häöi tiãúp caïc linh kiãûn coï haìm truyãön âaût tuyãún tênh.
Phi tuyãún : coï trong maûch häöi tiãúp caïc linh kiãûn coï haìm truyãön phi tuyãún tênh.
Vãö màût kyî thuáût, âãø taûo haìm phi tuyãún coï thãø dæûa vaìo mäüt trong caïc nguyãn tàõc
sau âáy :
1. Quan hãû phi tuyãún Volt - Ampe cuía màût gheïp pn cuía diode hoàûc BJT khi
phán cæûc thuáûn (maûch khuãúch âaûi loga)
2. Quan hãû phi tuyãún giæîa âäü däúc cuía âàûc tuyãún BJT læåîng cæûc vaì doìng Emitå
(maûch nhán tæång tæû).
3. Laìm gáön âuïng âàûc tuyãún phi tuyãún bàòng nhæîng âoaûn thàóng gáúp khuïc (caïc
maûch taûo haìm duìng diode).
4. Thay âäøi cæûc tênh cuía âiãûn aïp âàût vaìo phán tæí têch cæûc laìm cho doìng âiãûn ra
thay âäøi (khoaï diode, khoaï transistor).
2
1.2 Caïc maûch tênh toaïn vaì âiãöu khiãøn
1.2.1 Maûch cäüng âaío
R1
vin1
R2 RN
vin2
vinn vout
Rn
Hçnh 1.1. Så âäö maûch cäüng âaío
Aïp duûng quy tàõc doìng âiãûn nuït cho N ta coï :
v in1 v in 2 v v
+ + ... + inn + out = 0
R1 R2 Rn RN
⎛R R R ⎞
⇒ v out = −⎜⎜ N v in1 + N v in 2 + ... + N v inn ⎟⎟
⎝ R1 R1 Rn ⎠
1.2.2 Maûch khuãúch âaûi âaío våïi tråí khaïng vaìo låïn
RN
R1
vin vout
R2
R3 v3
Hçnh 1.2. Så âäö maûch khuãúch âaûi âaío våïi tråí khaïng vaìo låïn
Viãút phæång trçnh doìng âiãûn cho nuït N:
vin v3
+ =0
R1 R N
R3
Maì v 3 = v out (âiãöu kiãûn RN ≥ R3)
R2 + R3
RN R
⇒ − v out = (1 + 2 ) v in
R1 R3
RN R
⇒ hãû säú khuãúch âaûi cuía maûch : K’ = (1 + 2 )
R1 R3
3
Træåìng håüp yãu cáöu hãû säú khuãúch âaûi låïn thç phaíi choün R1 nhoí. Luïc âoï tråí khaïng
vaìo cuía maûch ZV = R1 nhoí. Coï thãø khàõc phuûc nhæåüc âiãøm âoï bàòng caïch choün R1 = RN
R
låïn. Do âoï K’ chè coìn phuû thuäüc vaìo 2 , coï thãø tàng tyí säú naìy tuìy yï maì váùn khäng
R3
aính hæåíng âãún tråí khaïng vaìo ZV = R1 = RN cuía maûch. Våïi caïc cáúu taûo nhæ váûy coï thãø
tàng thãm säú âáöu vaìo âãø thæûc hiãûn caïc maûch cäüng hoàûc maûch træì coï tråí khaïng vaìo låïn.
1.2.3 Maûch træì
RN
R1
vin1 vout
vin2
R2 Rp
Hçnh 1.3. Så âäö maûch træì
Âiãûn aïp åí cæía vaìo thuáûn :
RP
v P = v in 2
R
RP + P
a
Âiãûn aïp åí cæía vaìo âaío :
RN
v N = (vin1 − v out ) + v out
RN
RN +
a
Vç vd = vp - vN = 0 ⇒ vp = vN
RP RN
⇒ vin2 . = ( vin1-vout) + vout
RP RN
RP + RN +
a a
⇒ vout = a (vin2-vin1) (Nãúu RN = RP)
1.2.4 Maûch træì våïi tråí khaïng vaìo låïn
Vín2
vout
Vin1
R
KR
R/n
Hçnh 1.4.a. Så âäö maûch træì coï mäüt ngoî vaìo tråí khaïng låïn
4
Viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït cho nuït N1 vaì N2 ta coï :
v in1 − v N v N v out − v N
− + = 0 Maì vN = vin2
R R KR
n
v out − v in 2
⇒ vin1-vin2 = nvin2 + =0
K
⇒ Kvin1 - (n + 1) Kvin2 + vout - vin2 = 0
⇒ vout = vin2 + K(n + 1) vin2 -Kvin1
⇒ vout = (1 + K + nK) vin2 -Kvin1
Hãû säú cuía Vin2 luän luän låïn hån hãû säú cuía Vin1 ⇒ maûch khäng taûo âæåüc âiãûn aïp
ra coï daûng : K (Vin2 -Vin1). Tråí khaïng vaìo cuía cæía P låïn (Zv = rd), nãn khäng yãu cáöu
nguäön vin2 coï cäng suáút låïn.
v3
vin1
R3
N1
R3
R1 R1
N2
R2
vout
vin2
Hçnh 1.4.b. Så âäö maûch træì coï hai ngoî vaìo tråí khaïng âãöu låïn
Hçnh 1.4.b trçnh baìy maûch âiãûn coï tråí khaïng vaìo cuía caí hai cæía (cæía vin1 vaì vin2)
âãöu låïn.
Viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït cho N1 vaì N2 ta coï :
⎧ v3 − vin1 vin 2 − vin1 − vin1
⎪ R + + =0
⎪ 3 R 1 R 2
⎨
⎪ v3 − vin 2 + v out − vin 2 + vin1 − vin 2 = 0
⎪⎩ R 3 R2 R1
R 1 + 2R 3
Suy ra: vout = (1 + R2 )(vin2 -vin1)
R 1R 3
5
Ta tháúy tråí khaïng vaìo cuía caí hai cæía âãöu låïn vaì bàòng rd cuía KÂTT. Coï thãø thay
R + 2R 3
âäøi âæåüc hãû säú khuãúch âaûi K’ = 1 + R2 1 khi thay âäøi R1.
R 1R 3
K = Kmin khi R1 = ∞
R2
Luïc âoï: vout = (1 + )(vin2 -vin1)
R3
Vç R2 ≠ 0, R3 ≠ ∞ nãn K’ > 1
1.2.5 Maûch taûo âiãûn aïp ra coï cæûc tênh thay âäøi
R1 R1
vin1
vout
R2 qR2
Hçnh 1.5. Så âäö maûch taûo âiãûn aïp ra coï cæûc tênh thay âäøi
v in1 − v out v + v out
Ta coï : vN = + vout = in1
2 2
vP = q vin1
v in1 + v out
Vç : v P = vN ⇒ = qvin1
2
⇒ vout = (2q - 1)vin1
Khi thay âäøi tiãúp âiãøm trãn chiãút aïp R2 ta coï hãû säú cuía vout luïc dæång, luïc ám.
Khi q = 1/2 ⇒ vout = 0 màûc duì vin1 ≠ 0
Khi q > 1/2 ⇒ vout vaì vin1 cuìng pha
Khi q < 1/2 ⇒ vout vaì vin1 ngæåüc pha
1.2.6 Maûch têch phán âaío
iC
R i1
vin1
vout
Hçnh 1.6.a. Så âäö maûch têch phán âaío
6
Phæång trçnh doìng âiãûn nuït taûi N:
vin1 dv
i1 + ic = 0 hay + C out = 0
R dt
t
1 1
Suy ra vout = −
RC ∫
vin1 (t).dt = −
RC ∫
vin1 (t)dt + vout(t = 0)
0
⇒ âiãûn aïp ra tè lãû våïi têch phán âiãûn aïp vaìo.
Thæåìng choün hàòng säú thåìi gian τ = RC = 1s
vout (t = 0) laì âiãöu kiãûn âáöu, khäng phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp vaìo vin1.
Nãúu vin1 laì âiãûn aïp xoay chiãöu hçnh sin: vin1 = Vin1 sinωt thç:
1 V
vout = −
RC ∫
Vin1.sinωt.dt = in1 . cosωt = Vout cosωt
ωRC
⇒ biãn âäü âiãûn aïp ra tyí lãû nghëch våïi táön säú.
Âàûc tuyãún biãn âäü - táön säú cuía maûch têch phán :
Vout
= f (ω) coï âäü däúc - 20dB/decade.
Vin1
Maûch âæåüc goüi laì maûch têch phán trong mäüt phaûm vi táön säú naìo âoï nãúu trong
phaûm vi táön säú âoï âàûc tuyãún biãn - táön cuía noï giaím våïi âäü däúc 20dB/decade.
Âãø giaím aính hæåíng cuía doìng ténh It vaì âiãûn aïp lãûch khäng coï thãø gáy sai säú âaïng
kãø cho maûch têch phán, åí cæía thuáûn cuía bäü KÂTT ngæåìi ta màõc thãm mäüt âiãûn tråí thay
âäøi âæåüc R1 vaì näúi xuäúng masse.
C
R
vin1
vout
R1
Hçnh 1.6.b. Maûch têch phán âaío coï biãún tråí R1 buì doìng lãûch khäng.
Âiãöu chènh R1 sao cho R1 ≅ R thç giaím âæåüc taïc duûng cuía doìng âiãûn lãûch khäng Io = IP
- IN vaì âiãûn aïp lãûch khäng vo = vP - vN (khi vout = 0)
7
1.2.7 Maûch têch phán täøng
R1 C
vin1
vin2
R2
vinn
vout
Rn
RP
Hçnh 1.7. Så âäö maûch têch phán täøng
Duìng phæång phaïp xãúp chäöng vaì viãút phæång trçnh doìng âiãûn nuït âäúi våïi nuït N ta tçm
âæåüc:
1 ⎛ vin1 vin 2 vinn ⎞
C ∫ ⎜⎝ R1 R 2
vout = − ⎜ + + ... + ⎟dt
R n ⎟⎠
1.2.8 Maûch têch phán hiãûu
CN
vin1 R1
vout
vin2
R2
CP
Hçnh 1.8. Så âäö maûch têch phán hiãûu
Viãút phæång trçnh âäúi våïi nuït N :
v in1 − v N d ( v out − v N )
+ CN. =0 (1)
R1 dt
v in 2 − v P dv
Âäúi våïi nuït P : − CP . P = 0 (2)
R2 dt
Biãún âäøi vaì cho vN = vP, R1CN = R2CP = RC
dv out dv
(1) ⇒ vin1 - vN = - R1CN . + R 1C N . N
dt dt
dv P
(2) ⇒ vin2 - vP = R2CP .
dt
dv out
Suy ra: vin2 - vin1 = RC
dt
8
1
RC ∫
⇒ vout = ( vin 2 − vin1 )dt
1.2.9. Maûch vi phán
RN
C1
vin1
vout
Hçnh 1.9. Så âäö maûch vi phán
dv in1 v out
Ta coï : i = C1 =
dt RN
dv in1
⇒ vout = - RNC1
dt
giaí thiãút: vin1 = Vin1 sinωt
⇒ vout = -RNC1ωVin1cosωt = -Voutcosωt
Vout
Hãû säú khuãúch âaûi cuía maûch: K’ = = ωRNC1
Vin1
K’ tàng theo táön säú vaì âäö thë bode coï âäü däúc 20dB/decade.
Váûy : Maûch âæåüc goüi laì maûch vi phán trong mäüt phaûm vi táön säú naìo âoï nãúu trong
phaûm vi táön säú âoï âàûc tuyãún biãn - táön cuía noï tàng våïi âäü däúc 20dB/decade.
1.2.10 Maûch PI (Proportional Integrated)
RN v1 C
i1
iN
vin
N vout
R1
Hçnh 1.10.a. Så âäö maûch PI
Maûch thæåìng âæåüc sæí duûng trong caïc maûch âiãöu khiãøn.
Maûch coï âiãûn aïp ra âæåüc biãøu diãùn theo daûng: vout = Avin + B ∫ v in dt
AÏp duûng phæång trçnh cán bàòng doìng taûi N: i1 + iN = 0 ⇒ iN = -i1 = - vin/R1 (1)
9
1
C∫
Màût khaïc: vout = vc + v1 = i in dt + R N i N (2)
1
R 1C ∫
Thay (1) vaìo (2) ⇒ vout = - RN/R1vin - v in dt
Giaí sæí vin = Vincosωt
RN V
⇒ v out = − Vin cos ωt − in sin ωt = Vout cos(ωt + Φ )
R1 ωR 1C
⇒ Âàûc tuyãún biãn táön:
2
⎛ω ⎞
⎜⎜ ⎟⎟ + 1
K' =
Vout
=
1 1
R 2N + 2 2 =
1 ω 2 R 2N C 2 + 1 1
= ⎝ ωo ⎠
Vin R1 ωC R1 ω 2C 2 R1 ω 2C 2
1 1 1
Âàût: ωo = Khi ω > ωo ⇒ K ' ≈ ⇒ Maûch mang tênh cháút khuãúch âaûi nhiãöu hån (tæång æïng
R1
våïi khu væûc P). Khu væûc trung gian laì khu væûc chuyãøn tiãúp.
1.2.11 Maûch PID (Proportional Integrated Differential)
R
RN v1 C
iN
Vin
N Vout
R1
Hçnh 1.11.a. Så âäö maûch PID
10
PID cuîng laì maûch hay âæåüc sæí duûng trong kyî thuáût âiãöu khiãøn âãø måí räüng phaûm
vi táön säú âiãöu khiãøn cuía maûch vaì trong nhiãöu træåìng håüp tàng tênh äøn âënh cuía hãû
thäúng âiãöu khiãøn trong mäüt daíi táön säú räüng.
dvin
Âiãûn aïp ra coï daûng: v out = Avin + B∫ vin dt + C
dt
v in dv in
Tæì phæång trçnh doìng âiãûn nuït taûi N: + C1 + iN = 0 (1)
R1 dt
1
CN ∫
Vaì phæång trçnh âiãûn aïp ra trãn nhaïnh ra: v out = i N R N + i N dt (2)
Thay (1) vaìo (2):
⎛v dv ⎞ 1 ⎛ v in dv in ⎞
v out = −⎜⎜ in + C1 in ⎟⎟R N +
R
⎝ 1 dt ⎠ C N
∫ ⎜
⎜R
⎝ 1
+ C 1
dt
⎟⎟dt
⎠
⎛R C ⎞ 1 dv
Suy ra: v out = −⎜⎜ N + 1 ⎟⎟ v in −
⎝ R1 CN ⎠ R NCN ∫ v in dt − R N C1 in
dt
(*)
1
* ÅÍ táön säú tháúp ω > ω N = thç thaình pháön vi phán trong (*) chiãúm æu thãú.
R 1 C1
⎛ R N C1 ⎞
• Trong daíi: ω N < ω < ω1 thç thaình pháön khuãúch âaûi ⎜⎜ + ⎟⎟ v in chiãúm æu thãú.
R
⎝ 1 C N ⎠
Do âoï âàûc tuyãún biãn táön cuía maûch coï daûng nhæ hçnh veî:
log K
I D I: têch phán
P: tè lãû
P D: vi phán
ωN ω1 log ω
Hçnh 1.11.b. Âàûc tênh biãn táön maûch PID
1.3 Caïc maûch khuãúch âaûi vaì tênh toaïn phi tuyãún liãn tuûc
1.3.1 Maûch khuãúch âaûi Loga
D
R
vin
vout
Hçnh 1.12.a. Så âäö maûch khuãúch âaûi Loga duìng Diode
11
Âãø taûo maûch khuãúch âaûi loga, màõc diode hoàûc BJI åí maûch häöi tiãúp cuía bäü KÂTT.
Maûch âiãûn duìng diode (1.12.a.) coï thãø laìm viãûc täút våïi doìng âiãûn I nàòm trong
khoaíng nA → mA
Doìng âiãûn qua diode vaì âiãûn aïp âàût lãn diode coï quan hãû :
⎛ vD ⎞
iD = Io exp ⎜⎜ ⎟⎟
⎝ vT ⎠
Trong âoï :
iD, vD : doìng âiãûn qua diode vaì âiãûp aïp âàût lãn diode.
Io: doìng âiãûn ban âáöu, coï trë säú bàòng doìng qua diode æïng våïi âiãûn aïp ngæåüc
cho pheïp.
vT : âiãûn aïp nhiãût. Åí nhiãût âäü bçnh thæåìng thç vT= 26mV
iD v
⇒ vout ≅ - vD = - vT ln = - vT ln in
Io RI o
R
vin vout
Hçnh 1.12.b. Så âäö maûch khuãúch âaûi Loga duìng BJT
Maûch (1.12.b.) laìm viãûc täút våïi doìng âiãûn trong khoaíng pA → mA
Doìng Colectå iC phuû thuäüc vaìo âiãûn aïp Bazå - emitå theo quan hãû :
v BE
iC = ANiE = ANIEbh( e vT
−1)
Våïi AN: hãû säú khuãúch âaûi doìng âiãûn khi màõc Bazå chung (BC)
IEbh: laì doìng âiãûn emitå åí traûng thaïi baîo hoìa.
v BE v BE
Khi e vT
− 1 >> 0 ⇔ e vT
>> 1
v BE
vT
Ta coï: iC = AN IEbh e
Maì vout = - vBE vaì iC=vin/R
iC vin
⇒ vout = - vT ln = − vT . ln
A N I Ebh A N I Ebh R
12
Maûch chè laìm viãûc våïi âiãûn aïp vaìo dæång (do mäúi näúi p-n)
Muäún laìm viãûc våïi âiãûn aïp ám → thay BJT npn bàòng BJT pnp.
1.3.2 Maûch khuãúch âaûi âäúi Loga
R
D
vin
vout
Hçnh 1.13.a. Så âäö maûch khuãúch âaûi âäúi Loga duìng Diode
VD
VT
vout = - IDR = - RIo e
Vin
VT
Vç: vD = vin nãn vout = - RIo e
R
vin
vout
Hçnh 1.13.b. Så âäö maûch khuãúch âaûi âäúi Loga duìng Transitor
v BE − v in
vT vT
iC = ANIEbh e = ANIEbh e
( Do vBE =-vin)
− v in
⇒ vout = iCR = RANIEbh e vT
1.3.3 Maûch nhán duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga
vx K1ln(vx/K2)
ln
K1ln(vxvy/K22) ln(vxvy/K22) vZ = K3vxvy/K22
Täøng KÂaûi exp
1/K1
vy
ln
K1ln(vy/K2)
Hçnh 1.14. Maûch nhán duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi Loga vaì âäúi Loga
13
Caïc maûch khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga coï thãø duìng maûch nhæ âaî xeït åí muûc trãn.
Coi maûch täøng coï thãø duìng mäüt khuãúch âaûi täøng KÂTT. Maûch nhán naìy coï sai säú
khoaíng 0,25% âãún 1% so våïi giaï trë cæûc âaûi cuía tên hiãûu vaìo.
Maûch chè laìm viãûc âæåüc våïi caïc tên hiãûu vX, vY > 0 (do tênh cháút haìm loga). Maûch
nhán 4200 laì mäüt trong nhæîng maûch tiãu biãøu âæåüc chãú taûo theo nguyãn tàõc naìy.
1.3.4 Maûch luyî thæìa báûc hai
Âáúu hai âáöu vaìo cuía maûch nhán våïi nhau ta seî coï maûch luîy thæìa:
vx vZ
K
Hçnh 1.15. Så âäö maûch luîy thæìa báûc hai
Luïc naìy vX = vY ⇒ vZ = K. v 2X
Giaí sæí âiãûn aïp vaìo coï daûng sin: vX = Vcosωt
KV 2
Thç âiãûn aïp ra: vout = K(Vcosωt)2 = (1 + cos2ωt)
2
KV 2
= (1 + cos2ωt)
2
⇒ coï thãø duìng maûch luîy thæìa báûc hai âãø nhán táön säú.
1.3.5 Maûch chia theo nguyãn tàõc nhán âaío
a. Maûch chia thuáûn
Kvxvy Maûch nhán vx
K>0
vZ vy = vZ/Kvx
Hçnh 1.16. Så âäö maûch chia tháûn
Ta coï taûi cæía thuáûn :
vN = KvXvY
vP = vZ maì vP = vN
⇒ vZ = KvXvY
vZ
⇒ vin = vY =
Kv X
14
b. Maûch chia âaío
Kvxvy vx
K>0
R
vZ R
vy
Hçnh 1.17. Så âäö maûch chia âaío
K.v X v Z v
PTCB doìng taûi N : + = 0 ⇒ vY = − Z = 0
R R Kv X
Trong caïc biãøu thæïc trãn vZ coï thãø láúy dáúu tuìy yï, coìn vX luän luän dæång.
Nãúu vX < 0thç häöi tiãúp qua bäü nhán vãö âáöu vaìo bäü KÂTT laì häöi tiãúp dæång, laìm
cho maûch chuyãøn sang traûng thaïi baîo hoìa gáy meïo låïn.
vX > 0 chè âuïng våïi maûch nhán thuáûn (K > 0)
vX < 0 chè âuïng våïi maûch nhán âäøi dáúu (K < 0)
1.3.6 Chia maûch duìng khuãúch âaûi loga vaì âäúi loga
vZ K1ln(vZ/K2)
ln K1ln(vZ /vx) ln(vZ /vx)
Vy = K3vZ/vx
Hiãûu Kâaûi exp
1/K1
vx
ln
K1ln(vx/K2)
Hçnh 1.18. Maûch chia tæång tæû duìng nguyãn tàõc khuãúch âaûi Loga vaì âäúi Loga
vz v v
A = K1 ln − K1 ln x = K1 ln z
K2 K2 vx
vz
ln
vz v
v Y = K3 . e vx
= K3 =K z
vx vx
Âiãöu kiãûn : vZ, vX, vY : chè láúy giaï trë dæång
1.3.7 Maûch khai càn
15
Maûch khai càn âæåüc thæûc hiãûn bàòng caïch màõc vaìo maûch häöi tiãúp cuía bäü KÂTT
mäüt maûch luîy thæìa.
Kvx2
K
R
R
vZ
vx= vy
Hçnh 1.19.a. Maûch khai càn âaío
v Z Kv 2x
vP = 0; vN = + (duìng phæång phaïp xãúp chäöng)
2 2
v Z Kv 2x
Do : v P = vN = 0 ⇒ + =0
2 2
− vZ
⇒ v 2X = v 2Y = v out
2
=
K
1
⇒ vout = (− v Z ) våïi vZ < 0
K
Kvx2
K
R
vx = vy
vZ
Hçnh 1.19.b. maûch khai càn thuáûn
Ta coï: vZ = vN
Maì vN = Kv2X = Kv2Y = Kvout
2
vZ
⇒ Kvout
2
= v Z ⇒ v out = våïi vZ ≥ 0
K
Maûch âiãûn hçnh 1.19.a chè laìm viãûc våïi âiãûn aïp vaìo vZ < 0, coìn maûch âiãûn hçnh
1.19.b thç vZ > 0. Trong træåìng håüp ngæåüc laûi thç maûch seî coï häöi tiãúp dæång laìm maûch
bë keût. Âãø ngàn ngæìa ngæåìi ta màõc thãm diode (mäùi maûch mäüt diode) åí âáöu ra cuía bäü
KÂTT nhæ hçnh veî.
16
1.4 Caïc maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc
1.4.1 Nguyãn tàõc thæûc hiãûn caïc maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc vaì caïc pháön tæí cå
baín cuía noï
Caïc pháön tæí cå baín duìng âãø taûo haìm phi tuyãún khäng liãn tuûc laì caïc bäü so saïnh
tæång tæû vaì diode lyï tæåíng. Diode lyï tæåíng âæåüc cáúu taûo bàòng caïch màõc vaìo maûch häöi
tiãúp cuía bäü KÂTT mäüt diode thæûc. Ta so saïnh nguyãn lyï laìm viãûc vaì sai säú trong
træåìng håüp duìng diode thæûc vaì diode lyï tæåíng.
vD
vin R
~ vout
Hçnh 1.20.a. Maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc duìng diode thæûc
vout = vin - vD
- Khi vin < vng thç maûch khäng laìm viãûc, vout = 0
- Khi vin < vng thç vout ≠ 0
⇒ maûch âiãûn duìng diode thæûc coï âiãûn aïp ngæåîng vng nãn khäng thãø laìm viãûc våïi
âiãûn aïp vaìo beï âæåüc.
vD
R
vout
Vin ~
Hçnh 1.20.b. Maûch phi tuyãún khäng liãn tuûc duìng diode lyï tæåíng
vo = Kovd = Ko (vin -vout)
vD + vout = Ko (vin -vout) våïi Ko ≥ 1
vD
⇒vout ≈ vin -
Ko
v ng
⇒ âiãûn aïp ngæåîng: v’ng =
Ko
17
Våïi Ko cåî 104 ÷ 105 vaì Vng ≈ 0,6V thç maûch âiãûn naìy coï thãø chènh læu âæåüc âiãûn
aïp cåî mV.
1.4.2 Maûch chènh læu chênh xaïc
Âæåüc duìng chuí yãúu trong caïc bäü nguäön cung cáúp, trong caïc maïy âo.
Phán loaûi maûch chènh læu:
- Maûch chènh læu næía soïng.
- Maûch chènh læu toaìn soïng : gäöm chènh læu cán bàòng vaì chènh læu cáöu.
1.4.2.1 Maûch chènh læu næía soïng
R
D1
v0 vout
vout
R vin
vin
Hçnh 1.24. Maûch chènh læu næía soïng
Khi vin < 0 thç vo < 0 ⇒ D1 tàõt ⇒ vout = 0
Khi vin > 0 thç vo > 0 ⇒ D1 måí ⇒ vout = vo
v out
Màût khaïc : vN = = vin ⇒ vout = 2 vin
2
1.4.2.2 Maûh chènh læu toaìn soïng duìng så âäö cáöu: (chènh læu giaï trë trung bçnh säú
hoüc)
vin
Khi vin > 0 ⇒ iin = chaûy qua R1, diode D1, âiãûn tråí taíi (duûng cuû âo), diode D3
R1
räöi âãún âáöu ra bäü KÂTT vaì vãö âáút.
Khi vin < 0 ⇒ iin chaûy tæì âáöu ra bäü KÂTT, qua D2, qua duûng cuû âo, qua diode D4,
qua R1 räöi tråí vãö âáöu vaìo.
Do âoï doìng âiãûn qua duûng cuû âo bàòng:
vin
iout =
R
18
D1 D2
D4 D3
vout
R1
vin
Hçnh 1.25. Maûch chènh læu toaìn soïng duìng så âäö cáöu
vout = vt (trãn cå cáúu âo) = vin (láúy N laìm mäúc).
1.4.2.3 Maûch chènh læu giaï trë hiãûu duûng
Khi màõc thãm vaìo cæía âaío maûch näúi tiãúp R2, C2 thç ta coï mäüt maûch chènh læu giaï
trë hiãûu duûng.
D1 D1
C2 R2 D4 D3
Vout
R1 Vin
Hçnh 1.26. Maûch chènh læu giaï trë hiãûu duûng
1T
T ∫0
Ta âaî biãút: ISh = I sin ωt dt
T
2I 2 2I
ISh =
T 0∫ sin ωt dt =
π
1T 1 I
Ihd = ∫
T0
( I sin ωt ) 2 dt = I
T
T/2 =
2
π
⇒ so våïi trë trung bçnh säú hoüc thç trë hiãûu duûng låïn gáúp láön.
2 2
19
1 π π
Ihd = ISh = ISh
2 2 2 2
Luïc âo âiãûn aïp mäüt chiãöu thç R2, C2 khäng coï taïc duûng.
Luïc âo âiãûn aïp xoay chiãöu thç R2, C2 tham gia vaìo âiãûn tråí R1 dæåïi daûng R1 // R2.
Âãø âäöng häö chè giaï trë hiãûu duûng thç ta phaíi coï :
R 1R 2 2 2 2 2
= R1 ⇒ R2 = R1
R1 + R 2 π π −2 2
Tuû C2 phaíi choün sao cho tråí khaïng cuía noï âäúi våïi thaình pháön xoay chiãöu khäng
âaïng kãø, nãúu khäng haû aïp trãn noï seî gáy ra sai säú âo.
Giaí thiãút sai säú âo cho pheïp laì 1% æïng våïi táön säú vaìo tháúp nháút fmin bàòng caïch
tênh toaïn tråí khaïng Z cuía R1 // (R2 + 1/jωC2) ta coï thãø tçm âæåüc giaï trë C2.
0,32
C2 =
2πf min R 1
1.4.2.4 Maûch chènh læu giaï trë âènh
D vC
vin
vout
A1 C A2
K
iC
v
vout
vin
t
Hçnh 1.27. Maûch chènh læu giaï trë âènh vaì daûng soïng ra
Khi vin > 0 vaì vin > vc thç diode thäng vaì doìng ra cuía bäü KÂTT A1 naûp âiãûn cho
tuû C cho tåïi khi bàòng âiãûn aïp cæûc âaûi cuía tên hiãûu vaìo (âiãûn aïp âènh): vc ≈ Vinmax.
Nãúu sau âoï vin giaím thç D ngàõt, tuû C phoïng âiãûn qua âiãûn tråí ngæåüc cuía diode vaì
taûo doìng taíi it. Nãúu âiãûn tråí ngæåüc cuía diode vaì âiãûn tråí vaìo A1 låïn ⇒ âiãûn aïp trãn tuû
C laì âiãûn aïp âènh coï giaï trë äøn âënh.
Nãúu âäøi chiãöu diode D thç âiãûn aïp trãn tuû C laì âiãûn aïp âènh ám A2 laì maûch làûp
âiãûn aïp laìm táöng âãûm âãø tàng tråí khaïng taíi cho maûch chènh læu.