Hoạt động của bộ dao động

Hoạt động của bộ dao động

Bộ dao động hoạt động như thế nào? 

Một khuếch đại phản hồi có hiệu suất lặp đóng, Af, lớn hơn một có thể được đạt được thông qua việc sử dụng phản hồi dương. Kết quả này cũng đáp ứng điều kiện pha và dẫn đến hoạt động của một mạch dao động. Một mạch dao động sau đó tạo ra một tín hiệu đầu ra biến đổi liên tục. Nếu tín hiệu đầu ra biến đổi theo dạng sóng sin, mạch có thể được gọi là một bộ dao động sóng sin. Tuy nhiên, nếu điện áp đầu ra tăng và giảm từ một mức điện áp khác một cách nhanh chóng, mạch có thể được gọi là một bộ tạo xung hoặc sinh xung hình vuông.

Để hiểu cách một bộ dao động tạo ra một tín hiệu đầu ra mà không có tín hiệu đầu vào bên ngoại, hãy xem xét mạch phản hồi được thể hiện trong hình (a). Trong hình, Vin là điện áp đầu vào xoay chiều đưa vào các terminal đầu vào B-C của một khuếch đại có độ khuếch đại điện áp A.

Điện áp đầu ra được khuếch đại là Vout=AVin.

Điện áp này đưa vào một mạch phản hồi thường là một mạch cộng hưởng, vì chúng ta có phản hồi tối đa ở một tần số nào đó. Điện áp phản hồi trở về điểm a được biểu thị bằng phương trình Vf=AβVin trong đó β là độ khuếch đại của mạch phản hồi.

Nếu pha dịch qua khuếch đại và mạch phản hồi là không, tức là AβVin ở pha với tín hiệu đầu vào Vin đưa vào terminal đầu vào của khuếch đại.

Khi chúng ta kết nối điểm 'a' với điểm 'b' và đồng thời loại bỏ nguồn điện Vin, sau đó điện áp phản hồi AβVin đưa vào terminal đầu vào bc của khuếch đại, như được mô tả trong hình (b). Trong trường hợp Aβ nhỏ hơn 1, AβVin nhỏ hơn Vin và tín hiệu đầu ra sẽ dần dần giảm, như minh họa trong hình thứ hai (a). Ngược lại, nếu Aβ lớn hơn 1, tín hiệu đầu ra sẽ tăng lên, như minh họa trong hình thứ hai (b). Nếu Aβ bằng 1, AβVin bằng Vin và tín hiệu đầu ra là một sóng sine ổn định, như minh họa trong hình (c). Trong trường hợp này, mạch cung cấp tín hiệu đầu vào của chính nó và tạo ra một đầu ra hình sine.

Có một số điều kiện cần phải được đáp ứng để đảm bảo dao động kéo dài, và những điều kiện này là:

(i) Điều kiện lợi tức (loop gain) của mạch phải bằng (hoặc lớn hơn) một và

(ii) Pha chuyển quanh mạch phải là không. Hai điều kiện này cho dao động được gọi là tiêu chí Barkhausen.

Dao Động Ổn Định Trạng Thái

Không cần tín hiệu đầu vào để khởi đầu dao động. Để có được một dao động tự duy trì, điều kiện =1βA=1 phải được đáp ứng. Giá trị βA được làm lớn hơn 1. Như kết quả, hệ thống bắt đầu dao động bằng cách khuếch đại điện áp nhiễu mà luôn hiện diện. Giá trị trung bình củaβA là 1 có thể được đạt được bằng các yếu tố bão hòa trong các mạch thực tế. Các dạng sóng thu được sẽ không chính xác là sine. Nếu giá trị của βA gần giá trị 1, dạng sóng trở nên gần với dạng sóng sine. Hình trên mô tả cách điện áp nhiễu dẫn đến một điều kiện dao động trạng thái ổn định.

Bằng cách lưu ý phần mẫu trong phương trình phản hồi, chúng ta có thể thấy cách mạch phản hồi hoạt động như một bộ dao động.

Af=1+βAA

KhiβA=−1 hoặc độ lớn bằng 1 ở một góc pha là 180°, độ khuếch đại với phản hồi, Af, trở nên vô cùng khi mẫu bằng không. Do đó, một điện áp đầu ra có thể đo được với sự giúp đỡ của một tín hiệu vô cùng (điện áp nhiễu), và mạch hoạt động như một bộ dao động ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào.

Tại tần số hồi tụ, pha chuyển quanh vòng lặp trở thành 0° thông qua thiết kế chủ đạo. Pha chuyển đổi không phải là 0° ở trên và dưới tần số hồi tụ. Do đó, tần số hồi tụ của mạch phản hồi sẽ là duy nhất nơi mà có thể đạt được dao động