Mạch dao động là gì?
Mạch dao động (oscillator) là mạch điện tự duy trì dao động mà không cần nguồn tín hiệu ngoài. Nguyên lý: khuếch đại + hồi tiếp dương (positive feedback) tạo ra điều kiện Barkhausen: độ lợi vòng = 1 và pha = 0° (hoặc 360°). Kết quả là tín hiệu điện dao động liên tục ở tần số được xác định bởi mạch RC, LC hoặc cộng hưởng thạch anh.
Phân loại mạch dao động
| Loại | Tần số | Độ chính xác | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| RC oscillator | 1 Hz – 1 MHz | Thấp (±5–20%) | Blink LED, timer đơn giản |
| LC oscillator (Colpitts/Hartley) | 100 kHz – 1 GHz | Trung bình (±0,5–2%) | RF, VCO, local oscillator |
| Crystal oscillator | 32 kHz – 200 MHz | Rất cao (±10–100 ppm) | Clock MCU, RTC, USB |
| 555 Timer (astable) | 0,1 Hz – 500 kHz | Thấp–Trung bình (±5%) | PWM, buzzer, nhấp nháy LED |
| Ring oscillator | Rất cao (GHz) | Phụ thuộc IC | On-chip clock trong IC |
NE555 — IC timer phổ biến nhất
NE555 (hoặc LM555) là IC timer 8 chân, hoạt động ở chế độ Astable (dao động tự do) tạo xung vuông liên tục:
Tần số: f = 1,44 / ((RA + 2×RB) × C) Duty cycle: D = (RA + RB) / (RA + 2×RB) × 100% Ví dụ: RA = 1 kΩ, RB = 10 kΩ, C = 10 µF: f = 1,44 / ((1k + 20k) × 10µ) = 1,44 / (21.000 × 0,00001) = 6,86 Hz D = (1k + 10k) / (1k + 20k) = 52,4% Để duty cycle 50%: đặt RA rất nhỏ (100 Ω) so với RB, hoặc dùng diode để bypass RA khi nạp.
Thạch anh (Crystal Oscillator) cho MCU
Thạch anh piezoelectric cộng hưởng tại tần số cực chính xác. Arduino UNO dùng thạch anh 16 MHz với độ chính xác ±50 ppm (~0,005%) — sai lệch <1 giây/ngày. Cần thêm 2 tụ gốm 22 pF nối từ mỗi chân thạch anh xuống GND (load capacitance) theo datasheet MCU. Thạch anh 32,768 kHz (RTC crystal) cho mạch đồng hồ thời gian thực.
PWM từ NE555 — điều khiển motor và đèn LED
Chế độ Astable với diode + biến trở tạo PWM: đặt biến trở VR1 nối tiếp RA, diode 1N4148 song song VR1 theo chiều ngược. Thay đổi VR1 thay đổi tỷ lệ nạp/xả → điều chỉnh duty cycle 5–95% trong khi tần số gần như không đổi. Tần số 1–20 kHz phù hợp điều chỉnh tốc độ motor DC hoặc độ sáng đèn LED.