Bộ dao động (Oscillators)

Bộ dao động là gì?

Hiểu một cách đơn giản, bộ dao động (oscillator) là những linh kiện có khả năng tạo ra tín hiệu điện định kỳ, thường là dạng sóng sin hoặc sóng vuông, từ nguồn điện một chiều (DC). Các tín hiệu này đóng vai trò làm “nhịp tim” cho toàn bộ hệ thống, được sử dụng để tạo ra tần số làm việc cho mạch, truyền dữ liệu, xử lý tín hiệu, hoặc đồng bộ hoạt động của các vi mạch.

Có thể xem danh sách các loại dao động phù hợp tại EMIN - Bộ Dao Động.

Trong thế giới vi điều khiển và vi xử lý, không có tín hiệu đồng hồ thì không có gì hoạt động cả. Một số IC đã có sẵn bộ dao động nội, tuy nhiên để đảm bảo độ ổn định và chính xác, nhiều thiết kế vẫn cần thêm dao động ngoài phù hợp với yêu cầu về tần số, độ nhiễu, công suất và kích thước.

Dao động không phải là chọn đại một cái tần số cho vừa

Thực tế, trong nhiều thiết kế, bộ dao động bị xem nhẹ, nhiều người chọn đại một loại nằm trong khoảng tần số cần thiết, miễn sao vừa với bảng mạch và chi phí hợp lý. Nhưng nếu bạn đang cần tạo tín hiệu cho hệ thống định thời chính xác, truyền RF, hoặc ứng dụng âm thanh, thì việc chọn sai loại dao động có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hiệu suất hệ thống.

Ví dụ, nếu chỉ cần tín hiệu cơ bản để chạy mạch logic đơn giản, bộ dao động RC có thể đủ dùng. Nhưng nếu bạn cần một tín hiệu ổn định trong môi trường thay đổi nhiệt độ liên tục hoặc rung động mạnh, có thể cần đến dao động MEMS hoặc tinh thể (quartz) với độ chính xác cực cao.

Có những loại dao động nào?

Bộ dao động thường được chia thành hai nhóm lớn:

Dao động điều hòa (Harmonic oscillators): Tạo ra sóng sin và bao gồm các loại như mạch RC, LC, tinh thể quartz, bộ cộng hưởng gốm,…

Dao động thư giãn (Relaxation oscillators): Dùng hiện tượng nạp – xả để tạo ra dạng sóng, thường cho ra sóng vuông.

RC và LC: Hai nền tảng cơ bản của bộ dao động

Dao động RC

RC Oscillator sử dụng điện trở (R) và tụ điện (C) để tạo ra sự dịch chuyển pha trong tín hiệu, kết hợp với một phần tử khuếch đại để tạo ra dao động ổn định. Trong nhiều vi điều khiển, mạch RC được tích hợp sẵn và hoạt động như một bộ tạo xung nội.

Dù có sai số cao, dao động RC lại rất phổ biến trong các ứng dụng không yêu cầu độ chính xác nghiêm ngặt, vì nó có thể dễ dàng tạo ra tín hiệu với chi phí thấp và linh kiện đơn giản.

Dao động LC

Dao động LC sử dụng mạch cộng hưởng gồm cuộn cảm (L) và tụ điện (C). Khi tụ được nạp và xả qua cuộn cảm, năng lượng dao động giữa hai thành phần này tạo ra tín hiệu xoay chiều liên tục. Dao động LC thường được dùng trong các ứng dụng RF hoặc nơi cần tần số cao.

Tuy nhiên, cuộn cảm thường chiếm nhiều diện tích và độ ổn định tần số bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, khiến loại dao động này không luôn là lựa chọn lý tưởng nếu cần độ chính xác cao.

Lựa chọn đúng loại dao động cho dự án của bạn

Nếu bạn đang thiết kế một hệ thống đòi hỏi đồng hồ chính xác như thiết bị đo, bộ thu phát RF, hay hệ thống điều khiển thời gian thực – đừng bỏ qua việc xem xét kỹ loại dao động bạn sử dụng. Không chỉ là vấn đề tần số, bạn cần đánh giá về:

- Độ ổn định theo nhiệt độ

- Nhiễu điện từ môi trường

- Yêu cầu về kích thước, điện áp, tiêu thụ điện

- Ngân sách sản phẩm

Hiện nay, nhiều bộ dao động chất lượng cao có sẵn trên thị trường với đủ mọi mức giá và độ chính xác. Có những loại như VCOCXO (Voltage-Controlled Crystal Oscillator) có độ ổn định lên tới ±1 phần tỷ, và cả những loại dao động nguyên tử với độ lệch siêu nhỏ trong thời gian dài – tất nhiên đi kèm là mức giá cao hơn.

Lời kết

Bộ dao động là thành phần cốt lõi trong mọi hệ thống điện tử có xung nhịp. Dù nhỏ bé, nhưng chúng lại quyết định phần lớn độ chính xác và hiệu năng tổng thể của thiết bị. Vì vậy, hiểu rõ cách thức hoạt động và biết cách lựa chọn bộ dao động phù hợp là kỹ năng thiết kế mạch không thể thiếu.

Nếu bạn đang tìm kiếm các loại dao động RC, LC, MEMS hãy tham khảo danh mục Bộ Dao Động tại EMIN để lựa chọn sản phẩm phù hợp