Máy phát sóng tam giác sử dụng opamp

Máy phát sóng tam giác sử dụng opamp

Bài viết này trình bày về việc thiết kế máy phát sóng hình tam giác bằng cách sử dụng IC opamp. Có nhiều phương pháp để tạo sóng tam giác nhưng ở đây chúng ta chỉ tập trung vào phương pháp sử dụng opamp. Mạch này dựa trên thực tế là một sóng vuông khi tích hợp tạo ra sóng tam giác.

Sóng tam giác là gì?

Sóng hình tam giác là dạng sóng chu kỳ, không hình sin có dạng hình tam giác. Mọi người thường bị nhầm lẫn giữa sóng tam giác và răng cưa. Đặc điểm quan trọng nhất của sóng tam giác là nó có thời gian tăng và giảm bằng nhau trong khi sóng răng cưa có thời gian tăng và giảm không bằng nhau.

Để tạo sóng tam giác, chúng ta cần một sóng đầu vào. Ở đây chúng ta đang sử dụng sóng vuông cho đầu vào. Giống như sóng tam giác, sóng vuông có thời gian tăng và giảm bằng nhau nên chúng thuận tiện hơn để được chuyển đổi thành dạng sóng tam giác.

Các phần chính của mạch này là: 1. Một máy phát sóng vuông 2. Một bộ tích hợp chuyển đổi sóng vuông thành sóng tam giác.

Mạch sử dụng một máy phát sóng vuông dựa trên opamp để tạo ra sóng vuông và tích hợp dựa trên opamp để tích hợp sóng vuông. Sơ đồ mạch được hiển thị trong hình dưới đây.

Sơ đồ mạch

Bộ tạo sóng vuông dựa trên opamp uA741 (IC1). Điện trở R1 và tụ C1 xác định tần số của sóng vuông. Điện trở R2 và R3 tạo thành một thiết lập bộ chia điện áp phản hồi một phần cố định của đầu ra thành đầu vào không đảo của IC.

Ban đầu, khi không cấp nguồn, điện áp trên tụ C1 là 0. Khi bật nguồn điện, C1 bắt đầu sạc qua điện trở R1 và đầu ra của opamp lên cao (+Vcc). Một phần của điện áp này được đưa trở lại chân không đảo bởi mạng điện trở R2, R3. Khi điện áp trên tụ sạc tăng đến thời điểm điện áp ở chân nghịch đảo cao hơn chân không đảo, đầu ra của opamp dao động đến bão hòa âm (-Vcc). Các tụ điện nhanh chóng xả qua R1 và bắt đầu sạc theo hướng âm qua R1 một lần nữa. Bây giờ một phần của đầu ra cao (-Vcc) được đưa trở lại chân không đảo ngược bởi mạng phản hồi R2, R3. Khi điện áp trên tụ trở nên âm đến mức điện áp ở chân nghịch đảo nhỏ hơn điện áp ở chân không đảo, đầu ra của opamp sẽ quay trở lại độ bão hòa dương. Các tụ phóng điện qua R1 và bắt đầu sạc theo hướng dương. Chu kỳ này được lặp lại theo thời gian và kết quả là một sóng vuông dao động giữa + Vcc và -Vcc ở đầu ra của opamp.

Nếu các giá trị của R2 và R3 được thực hiện bằng nhau, thì tần số của sóng vuông có thể được biểu thị bằng phương trình sau:

F = 1 /(2,1976*R1*C1)

Mạch tích hợp

Phần tiếp theo của bộ tạo sóng tam giác là bộ tích hợp opamp. Thay vì sử dụng một bộ tích hợp RC thụ động đơn giản thì ta sử dụng bộ tích hợp hoạt động dựa trên opamp. IC opamp được sử dụng trong giai đoạn này cũng là uA741 (IC2). Điện trở R5 kết hợp với R4 thiết lập độ lợi của bộ tích hợp và điện trở R5 kết hợp với C2 đặt băng thông. Tín hiệu sóng vuông được áp dụng cho đầu vào đảo ngược của opamp thông qua điện trở đầu vào R4. Phần tích hợp opamp của mạch được hiển thị trong hình dưới đây.

Giả sử chiều dương của sóng vuông được áp dụng đầu tiên cho bộ tích phân. Tụ điện cung cấp điện trở rất thấp và C2 hoạt động giống như ngắn mạch. Điện trở phản hồi R5 được kết nối song song với C2 có thể bỏ qua vì R5 có điện trở gần như bằng không tại thời điểm này. Một lượng dòng điện chạy qua điện trở đầu vào R4 và tụ điện C2 bỏ qua tất cả các dòng điện này. Kết quả là điểm A  đảo ngược (A) của opamp hoạt động giống như một mặt đất ảo bởi vì tất cả dòng điện chạy vào nó đều bị tụ điện C2 rút cạn. Độ lợi của toàn bộ mạch lúc này sẽ rất thấp và toàn bộ độ lợi điện áp của mạch sẽ gần bằng không.

Sau lần khởi động đầu tiên này, các tụ điện bắt đầu sạc và tạo ra sự đối lập với dòng điện đầu vào chạy qua điện trở đầu vào R4. Phản hồi âm buộc opamp tạo ra điện áp ở ngoài để nó duy trì mặt đất ảo ở đầu vào đảo ngược. Vì tụ điện đang sạc trở kháng của nó, Xc tiếp tục tăng và giá trị  Xc2/R4 cũng tiếp tục tăng. Điều này dẫn đến đầu ra của opamp tăng theo tỷ lệ với hằng số thời gian RC (T = R4*C2) và biên độ tăng cho đến khi tụ được sạc đầy.

Khi đầu vào của bộ tích hợp (sóng vuông) rơi xuống cực đại âm, tụ sẽ nhanh chóng phóng điện qua điện trở đầu vào R4 và bắt đầu sạc ở cực đối diện. Bây giờ các điều kiện được đảo ngược và đầu ra của opamp sẽ là một đoạn đường nối đi về phía âm và tỷ lệ thuận với hằng số thời gian R4*R2. Chu kỳ này được lặp lại và kết quả sẽ là dạng sóng tam giác ở đầu ra của bộ tích hợp opamp.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của sóng tam giác như các mạch lấy mẫu, mạch bắn thyristor, mạch tạo tần số, mạch tạo âm,….