1. Mạch tạo xung là gì?
Mạch tạo xung là một mạch điện tử có chức năng biến đổi tín hiệu điện từ dạng này sang dạng khác, thường là từ điện xoay chiều sang điện một chiều hoặc từ điện một chiều sang xung vuông. Mạch tạo xung có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực điện tử, như mạch điều khiển, mạch đèn báo, bảng đèn quảng cáo, v.v..
2. Nguyên lý làm việc của mạch tạo xung:
Sơ đồ mạch tạo xung đa hài tự kích dùng Tranzito ghép Colecto-bazo là một loại mạch điện tử dùng để tạo ra các xung dao động có tần số cao hơn tần số của nguồn cấp. Mạch này gồm có một Tranzito ghép Colecto-bazo, một cuộn cảm, một tụ điện và một điện trở. Nguyên lý hoạt động của mạch như sau: Khi cấp điện áp vào mạch, Tranzito sẽ dẫn điện và tạo ra một dòng điện chạy qua cuộn cảm. Dòng điện này sẽ tạo ra một từ trường xoay chiều quanh cuộn cảm, làm thay đổi điện áp trên tụ điện. Khi điện áp trên tụ điện đạt đến mức đủ để làm Tranzito ngắt dẫn, dòng điện sẽ ngừng chạy qua cuộn cảm và từ trường sẽ suy giảm. Điều này làm cho điện áp trên tụ điện giảm xuống và Tranzito lại bắt đầu dẫn. Quá trình này lặp lại liên tục, tạo ra các xung dao động có tần số phụ thuộc vào giá trị của cuộn cảm và tụ điện. Tần số của các xung dao động này có thể cao hơn nhiều lần so với tần số của nguồn cấp, do đó được gọi là xung đa hài.
3. Phân loại mạch tạo xung:
Mạch tạo xung có thể được chia thành hai loại chính: mạch tạo xung tự kích và mạch tạo xung bán kích. Mạch tạo xung tự kích là loại mạch sử dụng một hoặc nhiều linh kiện bán dẫn như transistor, mosfet, IGBT để tạo ra dao động xung bằng cách kích hoạt chúng qua một mạch phản hồi. Mạch tạo xung bán kích là loại mạch sử dụng một nguồn dao động bên ngoài, như IC, vi điều khiển, v.v. để cấp xung cho các linh kiện bán dẫn.
Một số ví dụ về các loại mạch tạo xung thường gặp hiện nay là:
– Mạch tạo xung Viper22: là loại mạch nguồn xung sử dụng IC Viper22 để tạo ra xung cao tần cho cuộn sơ cấp của biến áp xung. Mạch này có ưu điểm là đơn giản, tiết kiệm linh kiện và có khả năng tự bảo vệ khi quá áp, quá dòng hoặc quá nhiệt.
Mạch tạo xung viper 22 là một mạch nguồn xung dùng IC viper 22 để tạo xung điều khiển cho biến áp xung. Mạch có thể cấp điện áp đầu ra 12V và 5V với công suất 10W. Mạch có ưu điểm là đơn giản, tiết kiệm linh kiện và có chế độ bảo vệ quá tải, quá áp và quá nhiệt. Mạch có thể sử dụng cho các thiết bị điện tử nhỏ như DVD player, máy tính xách tay, máy in, v.v.
Mạch tạo xung viper 22 gồm có các phần chính sau:
+ Phần sơ cấp: gồm cầu chì, bộ lọc nhiễu, tụ lọc nguồn, IC viper 22, diode xung và cuộn cảm L1.
+ Phần thứ cấp: gồm biến áp xung, diode chỉnh lưu, tụ lọc đầu ra và IC 7805 để cấp nguồn 5V.
+ Phần cách ly quang: gồm opto coupler PC817 và IC TL431 để cung cấp tín hiệu phản hồi cho IC viper 22.
– Mạch tạo xung TL494: là loại mạch nguồn xung sử dụng IC TL494 để tạo ra hai xung cao tần đối xứng cho hai transistor công suất đóng cắt cuộn sơ cấp của biến áp xung. Mạch này có ưu điểm là có thể điều chỉnh được tần số và chiều rộng xung.
Mạch tạo xung TL494 là một mạch điện tử công suất dùng để điều khiển độ rộng xung (PWM) của tín hiệu dao động. Mạch sử dụng IC TL494, một vi mạch tích hợp có chức năng tạo hoặc điều khiển tín hiệu PWM ở cấu hình single-end hoặc push-pull. IC TL494 có hai bộ khuếch đại lỗi, một bộ dao động có thể điều chỉnh tần số, một bộ so sánh điều khiển dead-time và một mạch điều khiển đầu ra có phản hồi. IC TL494 có thể cấp nguồn từ 7V đến 40V và có dòng tải tối đa là 250mA cho mỗi đầu ra. Mạch tạo xung TL494 có thể được sử dụng trong các ứng dụng chuyển đổi điện DC sang DC, biến đổi sóng sin thuần, điều khiển động cơ, vv. Một số thông số kỹ thuật của mạch tạo xung TL494 như sau:
+ Điện áp hoạt động: 7 – 40V
+ Dòng tải tối đa: 250mA
+ Tần số dao động: Điều chỉnh được bằng tụ và điện trở ngoài
+ Độ rộng xung: Điều chỉnh được bằng tín hiệu điều khiển
+ Chế độ đầu ra: Single-end hoặc push-pull
+ Tính năng điều khiển dead-time: Phạm vi thay đổi giá trị
– Mạch tạo sóng hình sin: là loại mạch sử dụng IC 555 hoặc vi điều khiển để tạo ra sóng hình sin từ sóng vuông hoặc tam giác. Mạch này có ứng dụng trong các thiết bị yêu cầu sóng hình sin như biến áp cách ly, máy phát điện, v.v..
Mạch tạo sóng hình sin là một mạch điện tử có khả năng tạo ra một dạng sóng điện áp hoặc dòng điện có hình dạng giống như sóng sin. Mạch này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng như biến đổi nguồn điện xoay chiều, tạo ra tín hiệu dao động cho các thiết bị truyền thông, đo lường các thông số điện tử, v.v. Một mạch tạo sóng hình sin cơ bản thường bao gồm một nguồn cung cấp điện áp, một bộ khuếch đại, một bộ lọc và một phần tử phản hồi. Có nhiều loại mạch tạo sóng hình sin khác nhau như mạch tạo sóng RC, mạch tạo sóng LC, mạch tạo sóng RLC, mạch tạo sóng thạch anh, v.v. Mỗi loại mạch có những ưu và nhược điểm riêng về độ chính xác, độ ổn định, dải tần số và chi phí.
4. Chức năng và ứng dụng của mạch tạo xung:
Mạch tạo xung là một loại mạch điện tử được thiết kế để tạo ra tín hiệu xung với tần số và hình dạng sóng cố định. Mạch tạo xung có nhiều ứng dụng trong điện tử và công nghệ thông tin. Các ứng dụng phổ biến bao gồm:
– Trong đồng hồ: Mạch tạo xung được sử dụng để tạo ra xung dao động với tần số cố định để đảm bảo chính xác thời gian.
– Trong viễn thông: Mạch tạo xung được sử dụng để sinh ra các tín hiệu xung tần số cao trong việc đồng bộ hóa các thiết bị điện tử.
– Trong nguồn xung: Mạch tạo xung được sử dụng để biến đổi điện áp và dòng điện một chiều thành điện áp và dòng điện xoay chiều có tần số cao, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm kích thước của biến áp.
– Trong các thiết bị công nghệ cao: Mạch tạo xung được sử dụng để tạo ra các xung điều khiển cho các linh kiện bán dẫn như transistor, mosfet, IGBT, LED, … .
5. Các dạng bài tập về mạch tạo xung:
Các dạng bài tập mạch tạo xung thường yêu cầu sinh viên phải phân tích hoặc thiết kế các mạch tạo xung theo các yêu cầu cho trước. Các bài tập có thể liên quan đến các loại mạch tạo xung khác nhau như mạch dao động, mạch khuếch đại, mạch chuyển mức, mạch chia xung, mạch định hướng xung, mạch khuếch đại khóa, mạch dao động hồi tiếp, mạch dao động thang cầu, mạch dao động Colpitts, mạch dao động Hartley, v.v.
Lời giải các bài tập mạch tạo xung thường bao gồm các bước sau:
– Xác định loại và thông số của xung cần tạo ra.
– Chọn loại và cấu trúc của mạch tạo xung phù hợp.
– Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch và gán các giá trị cho các thành phần.
– Phân tích hoặc tính toán các thông số của mạch như điện áp hoặc dòng điện vào ra, tần số hoặc chu kỳ của xung, tỷ lệ điền của xung, v.v.
– Kiểm tra tính đúng đắn và ổn định của mạch bằng phương pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm.
– Bài tập 1: Cho mạch tạo xung hình chữ nhật có tham số R = 10 kΩ, C = 0.1 μF, Vcc = 5 V. Tính tần số và chu kỳ của xung hình chữ nhật đầu ra.
Lời giải: Mạch tạo xung hình chữ nhật là một mạch dao động dùng IC 555. Thời gian mở và đóng của mạch được tính bằng công thức:
T1 = 0.693RC
T2 = 0.693RC
Chu kỳ của xung hình chữ nhật là T = T1 + T2 = 1.386RC
Tần số của xung hình chữ nhật là f = 1/T = 0.721/(RC)
Thay các giá trị tham số vào, ta được:
T = 1.386 x 10 x 10^3 x 0.1 x 10^-6 = 1.386 ms
f = 0.721/(10 x 10^3 x 0.1 x 10^-6) = 721 Hz
– Bài tập 2: Cho mạch tạo xung tam giác có tham số R1 = R2 = R3 = R4 = 10 kΩ, C1 = C2 = 0.01 μF, Vcc = 12 V. Tính tần số và chu kỳ của xung tam giác đầu ra.
Lời giải: Mạch tạo xung tam giác là một mạch dao động dùng IC op-amp. Thời gian nạp và xả của tụ điện được tính bằng công thức:
Tn = -R2C2ln[(Vcc-Vt)/(Vcc+Vt)]
Tx = -R4C2ln[(Vcc+Vt)/(Vcc-Vt)]
Trong đó Vt là điện áp ngưỡng của IC op-amp, có giá trị khoảng 0.7 V.
Chu kỳ của xung tam giác là T = Tn + Tx
Tần số của xung tam giác là f = 1/T
Thay các giá trị tham số vào, ta được:
Tn = -10 x 10^3 x 0.01 x 10^-6 ln[(12-0.7)/(12+0.7)] = 0.083 ms
Tx = -10 x 10^3 x 0.01 x 10^-6 ln[(12+0.7)/(12-0.7)] = 0.083 ms
T = Tn + Tx = 0.166 ms
f = 1/T = 6024 Hz
