Máy phát sóng tam giác sử dụng opamp

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách thiết kế một máy phát sóng hình tam giác bằng cách sử dụng IC opamp. Sóng tam giác có nhiều ứng dụng trong việc tạo ra các mạch lấy mẫu, mạch bắn thyristor, mạch tạo tần số và mạch tạo âm.

Sóng tam giác là gì?

Sóng tam giác là một dạng sóng chu kỳ có hình dạng giống hình tam giác và không phải là hình sin. Nhiều người thường nhầm sóng tam giác với sóng răng cưa. Điểm quan trọng nhất của sóng tam giác là thời gian tăng và thời gian giảm là bằng nhau, trong khi sóng răng cưa thì không.

Để tạo ra sóng tam giác, chúng ta cần một sóng đầu vào. Trong trường hợp này, chúng ta sử dụng sóng vuông làm sóng đầu vào. Sóng vuông cũng có thời gian tăng và thời gian giảm bằng nhau, nên chúng thuận tiện để chuyển đổi thành sóng tam giác.

Thiết kế mạch

Mạch này bao gồm hai phần chính: máy phát sóng vuông và bộ tích hợp chuyển đổi sóng vuông thành sóng tam giác.

Máy phát sóng vuông

Máy phát sóng vuông sử dụng 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 chưa có nguồn cấp, điện áp trên tụ C1 là 0. Khi bật nguồn, C1 bắt đầu sạc qua R1 và đầu ra của opamp tăng lên cao (+Vcc). Một phần của điện áp này được đưa trở lại chân không đảo qua mạng điện trở R2, R3. Khi điện áp trên tụ sạc tăng đến mức điện áp ở chân nghịch đảo cao hơn chân không đảo, đầu ra của opamp sẽ giảm xuống (âm). Tụ điện sẽ nhanh chóng xả qua R1 và bắt đầu sạc theo chiều âm một lần nữa. 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 dương. Chu kỳ này được lặp lại theo thời gian, và kết quả là một sóng vuông nằm trong khoảng từ +Vcc đến -Vcc ở đầu ra của opamp.

Nếu giá trị của R2 và R3 bằng nhau, tần số của sóng vuông có thể được tính bằng công thức sau:

F = 1 /(2,1976R1C1)

Bộ tích hợp

Phần tiếp theo của mạch là bộ tích hợp opamp. Thay vì sử dụng một bộ tích hợp RC thụ động đơn giản, chúng 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 để thiết lập độ lợi và điện trở R5 kết hợp với C2 để đặt băng thông. Sóng vuông được áp dụng vào đầu vào của opamp thông qua điện trở đầu vào R4.

Khi sóng vuông được áp dụng vào bộ tích hợp, tụ điện C2 sẽ có trở kháng thấp và hoạt động như một nguồn ngắn mạch. Điện trở phản hồi R5 nối song song với C2 có thể bỏ qua, vì ở thời điểm này, R5 có trở kháng gần như bằng không. Một lượng dòng điện chạy qua điện trở R4 và tụ C2, và tất cả các dòng điện này sẽ được bỏ qua. Kết quả là điểm đảo ngược của opamp (điểm A) hoạt động như một đất ảo, vì tất cả các dòng điện chạy vào nó đều bị tụ điện C2 rút cạn. Ở thời điểm này, độ lợi của mạch sẽ rất thấp, và độ lợi điện áp của mạch sẽ gần bằng không.

Sau lần khởi động đầu tiên này, tụ điện sẽ bắt đầu sạc và tạo ra sự đối lập với dòng điện đầu vào chạy qua điện trở R4. Phản hồi âm buộc opamp tạo ra điện áp ở đầu ra để duy trì đất ảo ở đầu vào đảo ngược. Vì tụ điện đang sạc, trở kháng của nó (Xc) tiếp tục tăng, và giá trị của 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 cũng tăng cho đến khi tụ được sạc đầy.

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

Kết luận

Như vậy, chúng ta đã tìm hiểu về cách thiết kế một máy phát sóng tam giác sử dụng opamp. Sóng tam giác có nhiều ứng dụng trong các mạch điện tử. Hy vọng rằng thông qua bài viết này, bạn đã có được hiểu biết thêm về sóng tam giác và cách tạo ra nó trong mạch điện tử.

Nguồn ảnh: cite.edu.vn