Mạch lấy tín hiệu tần số và điện áp

[taolao]

Các bộ so sánh thường ngõ ra là 1 transistor cực C để hở. Bởi vậy tùy ngõ ra bác mắc điện trở kéo lên nguồn bao nhiêu mức cao sẽ có điện áp bấy nhiêu. Còn mức thấp bằng điện áp thấp nhất của nguồn cấp. Nếu cấp nguồn +/-12V thì tín hiệu ra mức thấp là -12V, nếu cáp nguồn 12-0V thì tín hiệu ra mức thấp là 0V. Thật ra khi cấp nguồn đôi, 393 vẫn xem đó là nguồn đơn, nguồn (-) đối với nó là GND; nghĩa là nếu cấp nguồn +/-12V, nó xem như nguồn cấp là 24V.

Tôi có sơ ý không xem datasheet TLC393 mà nói bừa, cứ nghĩ nó giống như LM393 mà tôi thường sử dụng. Xem kỹ thấy đặc tính điện của nó khác nhiều so với LM393. Nguồn cấp TLC393 max là 18V, sơ đồ trên dùng nguồn +/-12V là sai.

Tín hiệu vào thấp hơn điện áp thấp của nguồn cấp sẽ làm hỏng bộ so sánh. VD: cấp nguồn 12-0V cho TLC393, mà tín hiệu vào -12V thì 393 chết. Vì vậy D3 được dùng để xén bỏ phần âm của tín hiệu vào.

Tôi có viết nhầm "dòng phản hồi dương <10mV", đúng ra là "áp phản hồi dương <10mV". Tôi nghĩ bác đủ thông minh để biết vì đơn vị ghi là mV. Con số này tôi thấy trong datasheet LM393 bảo vậy, chẳng biết đâu ra. Thật ra, R11 và R12 dùng để tạo 1 khoảng trễ (hysteresis), biến 393 thành 1 schmitt trigger. Nếu không cần schmitt trigger ở đây, thì chọn R12 rất lớn. Nhưng nếu tín hiệu vào quá xấu, thì cần có khoảng trễ lớn 1 chút để Vout tránh chuyển trạng thái nhiều lần khi ngõ vào so sánh đi qua điểm không.

Tôi giải thích mạch trên. Giả sử dùng nguồn đơn 12-0V (vì như đã nói, TLC393 chết khi cấp nguồn +/-12V).
- Khi Vout đang ở mức thấp (0V). Mạch điện trở ở đầu (+) là [R9 nt (R11//R12)]. Điện áp ngưỡng để Vout chuyển lên mức cao là Vout(ON) = 5V*R11/[R9 nt (R11//R12)].
- Khi Vout đang ở mức cao (5V). Mạch điện trở ở đầu (+) là [((R10 nt R12) // R9) nt R11]. Điện áp ngưỡng để Vout chuyển xuống mức thấp là Vout(OFF) = 5V*R11/[((R10 nt R12) // R9) nt R11].

[quocthai]

Tiếc rằng tui không thấy mạch trong luồng "mạch nắn điện milivolt" của bạn Vân, tuy nhiên theo cách mắc diode D2 thì mạch không thể nắn milivolt được.

Đúng rồi. Muốn nắn được mV thì R4 phải nối từ sau D2 hồi tiếp về đầu vào.

Còn cái vụ D3, cám ơn các bác, nhất là bác TaoLao.

Nhưng điện thế tín hiệu vào có lẽ là thấp, khoảng dưới 12V. Vậy có lẽ chú 393 được cấp nguồn đơn mới cần đến nó.

Và có lẽ là nguồn đơn thật, vì nếu thế mới cần 2 điện trở R8, R9 100k treo lên 5V? Nếu nguồn đôi đã không cần 2 điện trở đó? Chỉ cần so với 0 là được.

[ToanThang88]

Thật ra khi cấp nguồn đôi, 393 vẫn xem đó là nguồn đơn, nguồn (-) đối với nó là GND; nghĩa là nếu cấp nguồn +/-12V, nó xem như nguồn cấp là 24V.

Bác nên ghi chú: GND ở đây là GND của kí hiệu trong IC.

Dải điện áp cung cấp cho 1 IC từ - 0.3 V --> 18 V, có nghĩa là hiệu điện thế giữa Vcc và GND luôn phải nhỏ hơn 18V (ở đây GND là điểm kí hiệu trong IC đó không phải là GND chung của mạch có nhiều linh kiện), cho nên việc cấp nguồn 18V hay +/- 9V cho riêng IC đó là tương đương nhau, vì vậy nói là nguồn đơn hay nguồn đôi đều là một. Tuy nhiên, trong một mạch hỗn hợp và IC đó là một thành phần thì việc cấp nguồn +/-12V, IC đó không thể coi nguồn (-) đối với nó là GND của mạch được. Trong trường hợp này, nguồn đơn và nguồn đôi là có ranh giới và có ý nghĩa riêng của nó. Cấp nguồn đôi +/-12V cho LM393 thì mức thấp ở đầu ra bắt buộc phải là -12V. Nhưng, nếu không dùng LM393 mà thay vào đó là dùng LM311 thì lại khác, cũng nguồn đôi nhưng mức thấp ở đầu ra lại là 0V, không phải -12V. (đây một loại comparator tương đối hay).

Tín hiệu vào thấp hơn điện áp thấp của nguồn cấp sẽ làm hỏng bộ so sánh. VD: cấp nguồn 12-0V cho TLC393, mà tín hiệu vào -12V thì 393 chết. Vì vậy D3 được dùng để xén bỏ phần âm của tín hiệu vào

Bộ so sánh bị hỏng không phải lí do điện áp vào thấp hơn điện áp thấp của nguồn cung cấp. Bao giờ củng vậy, mọi linh kiện đều có 1 khả năng chịu đựng nhất định (điện áp và dòng điện), nếu vượt quá ngưỡng chịu đựng nó sẽ bị đánh thủng hoặc bị cháy:

Ví dụ: Trong mạch so sánh, TLC393 được cấp nguồn Vcc = 18V - 0V, điện áp thấp của nguồn cung cấp là 0V.

+ Tín hiệu vào cực âm có giá trị lí tưởng = -0.7V => nó có chết ko? => không bao giờ chết. (mặc dù -0.7V thấp hơn 0V)

+ Tín hiệu vào cực âm có giá trị lí tưởng = -12V => nó có chết ko? => không bao giờ chết (mặc dù -12V thấp hơn 0V).

(Tín hiệu trong thực tế = tín hiệu lí tưởng + tín hiệu nhiễu)

+ Nếu tín hiệu vào cực âm có giá trị lí tưởng = -25V => nó sống hay chết? => chết ngay.

Tại sao? Tại vì mức chịu đựng cực đại trong datasheet cung cấp rất rõ.

Absolute maximum ratings over operating free-air temperature range

Differential input voltage, VID (see Note 2) . . . . . . . . . .. ±18 V

NOTES: 2. Differential voltages are at IN+ with respect to IN –.

Nếu điện áp âm đưa vào cực âm này có biên độ lớn hơn 18V là IC sẽ bị đánh thủng. Nên việc mắc diode D3 trong mạch có chức năng bảo vệ từ xa cực âm điện áp vào là điều đương nhiên.

Tôi có viết nhầm "dòng phản hồi dương <10mV", đúng ra là "áp phản hồi dương <10mV". Tôi nghĩ bác đủ thông minh để biết vì đơn vị ghi là mV. Con số này tôi thấy trong datasheet LM393 bảo vậy, chẳng biết đâu ra.

Nếu bác ghi là "dòng phản hồi dương" xem ra còn có lí. Nếu là áp phản hồi dương phải luôn <10mV thì bác phải xem lại. Vì theo công thức mà bác đã tính về điện áp phản hồi dương ở trên, kết quả như sau:

+ Điện áp phản hồi dương ngưỡng trên là : Vupper = 456,6 mV

+ Điện áp phản hồi dương ngưỡng dưới là: Vlower = 449.4 mV

Hai mức ngưỡng này lớn hơn con số 10 mV của bác rất nhiều.

Con số này bác thấy chỗ nào trong datasheet, bác nên trích nó ra đây, và giải thích thử.

Thật ra, R11 và R12 dùng để tạo 1 khoảng trễ (hysteresis), biến 393 thành 1 schmitt trigger. Nếu không cần schmitt trigger ở đây, thì chọn R12 rất lớn. Nhưng nếu tín hiệu vào quá xấu, thì cần có khoảng trễ lớn 1 chút để Vout tránh chuyển trạng thái nhiều lần khi ngõ vào so sánh đi qua điểm không.

Trong một mạch so sánh bắt buộc phải có hồi tiếp dương để thực hiện chức năng schmitt trigger đặc biệt là đối với tần số cao. Việc chọn R12 lớn như vậy không phải để thực hiện mục đích như bác nói. Khoảng điện áp trễ luôn phụ thuộc vào R12 này, muốn có tính trễ lớn hơn thì phải chọn R12 nhỏ xuống. Với R12=20M, thế số vào ta có:

Vhysteresis = Vupper - Vlower = 456.6 - 449.4 = 7.2 mV

Trong thực tế, Vh thường chọn trong khoảng 20mV --> 30mV. Tuy nhiên, trong trong hợp này mạch so sánh kết hợp với bộ lọc thông thấp ở đầu vào, nên Vh = 7.2 mV là có thể chấp nhận được => đó là ý nghĩa của con số R12.

Khi tín hiệu vào quá xấu tức là biên độ nhiễu lớn => cần phải có khoảng trể lớn hơn biên độ nhiễu nhiều chút (không phải hơn 1 chút) để đảm bảo tần số chuyển mức Vout được chính xác gần với mức tần số so sánh của đầu vào (đó là chức năng của schmitt trigger hạn chế ảnh hưởng của nhiễu).

Tôi giải thích mạch trên. Giả sử dùng nguồn đơn 12-0V (vì như đã nói, TLC393 chết khi cấp nguồn +/-12V).
- Khi Vout đang ở mức thấp (0V). Mạch điện trở ở đầu (+) là [R9 nt (R11//R12)]. Điện áp ngưỡng để Vout chuyển lên mức cao là Vout(ON) = 5V*R11/[R9 nt (R11//R12)].
- Khi Vout đang ở mức cao (5V). Mạch điện trở ở đầu (+) là [((R10 nt R12) // R9) nt R11]. Điện áp ngưỡng để Vout chuyển xuống mức thấp là Vout(OFF) = 5V*R11/[((R10 nt R12) // R9) nt R11].

Mạch trên bác tính toán hơi thiếu 1 tí (nhưng không đáng kể). Nói chung bác giải mạch như vậy là đúng.