Thiết kế mạch trương tự tạo đồng thời xung vuông và tam giác

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Đề số : 13 Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế bộ tạo đồng thời hai xung: xuông vung và xung tam giác. Xung tam giác có trị đỉnh 6,5v và tần số xung thay đổi được trong phạm vi 500Hz < f < 1 kHz. Điện áp nguồn cung cấp E = ± 15v

doc44 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 15/06/2013 | Lượt xem: 8513 | Lượt tải: 16download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Thiết kế mạch trương tự tạo đồng thời xung vuông và tam giác, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ Đề số : 13 Lớp : K11B Nhiệm vụ thiết kế. Thiết kế bộ tạo đồng thời hai xung: xuông vung và xung tam giác. Xung tam giác có trị đỉnh 6,5v và tần số xung thay đổi được trong phạm vi 500Hz < f < 1 kHz. Điện áp nguồn cung cấp E = ± 15v Tóm tắt lý thuyết Một bộ khuếch đại điện áp ( dung Tranzito hay vi mạch ) khi thực hiện một vong hồi tiếp dương có khả năng tự kích và tạo ra dao động điện ( tuần hoàn hoặc không tuần hoàn). Điều kiện tự kích của hệ kín là phải đạt được trạng thái cân bằng pha và cân bằng về biên độ có nghĩa là jA + jB = 0 A.B =1 Điều kiện tự kích chỉ thỏa mãn được với điện áp có một tần số xác định, do đó chỉ mộ tần số được tạo ra với các giá trị xác định của các tham số mạch hồi tiếp. Sơ đồ tạo dao động hình sin dung các khâu RC làm mạch hồi tiếp có tính chất chọn lọc tần số với phẩm chất thấp: Tần số dao động được tạo ra do thông số RC và dạng mạch RC sử dụng quyết định – Người ta có thể tạo ra dao động trong một dải hoặc nhiều dải bằng cách thay đổi giá trị R và C liên tục hay rời rạc. Điều kiện cân bằng pha được thỏa mãn nhờ cách ghép mạch hồi tiếp và bộ khuếch đại tùy theo tính chất dịch pha của chúng. Điều kiện biên độ được thỏa mãn nhờ chọn hế số khuếch đại (A) phù hợp với hệ số hồi tiếp (β). Để tạo ra các dao động không tuần hoàn ( tạo xung) thường dung các mạch đa hai tự dao động, đa hai đợi, đa hai đồng bộ, các mạch tích ohaan ( tạo xung tam giác), cách mạch Trigo Smit hoặc kết hợp các mạch với nhau để có dạng xung theo yêu cầu. Trình tự thiết kế Xây dựng nguyên tắc thiết kế, từ đó lập sơ đồ khối. Nêu chắc năng từng khối. Các mạch điện tử thực hiện chức năng đó ( nêu lý thuyết cơ sở: nguyên lý hoạt động, các dạng tín hiệu vào ra, ưu nhược điểm). Xây dựng sơ đồ nguyên lý toàn mạch. Tính toán sơ đồ nguyên lý: tính các dòng điện, điện áp, giá trị cạnh linh kiện. Chọn các linh kiện phù hợp với các chức năng của mạch. Đánh giá ưu nhược điểm của mạch đã thiết kế. Báo cáo kết quả thiết kế. Tài liệu tham khảo (1): Kĩ thuật mạch điện tử. Phạm Minh Hà. Nhà xuất bản Khoa học Kĩ thuật 1997. (2): Kĩ thuật mạch bán dẫn. Tổng cục Bưu điện. Nhà xuất bản trung tâm thông tin 1988. (3): Bộ khuếch đại xử lý và IC tuyến tính: William D: Standly. Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật 1999. (4). Sổ tay tra cứu vi mạch và Tranzito: Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật 1998. (5): Sổ tay linh kiện điện tử cho người thiết kế mạch. Nhà xuất bản thồng kê 1996. Chú ý: Nộp lại đề cùng với bài làm. Họ và tên sinh viện nhận thiết kế. PHẦN LÝ THUYẾT 1. TÍN HIỆU XUNG VÀ THAM SỐ 1.1. Định nghĩa Các tín hiệu điện áp hay dòng điện biến đổi theo thời gian được chia thành 2 loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc (gián đoạn). Tín hiệu liên tục còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự. Tín hiệu rời rạc gọi là tín hiệu xung hay số Tiêu biểu cho tín hiệu liên tục là tín hiệu sin, như hình vẽ, với tín hiệu sin ta có thể tính được biên độ của tín hiệu tại từng thời điểm khác nhau. Tín hiệu hình sin Ngược lại tiêu biểu cho tín hiệu rời rạc là tín hiệu vuông, dạng tín hiệu như hình 2, biên độ của tín hiệu chỉ có 2 giá trị mức cao VH và mức thấp VL, thời gian chuyển mức tín hiệu từ mức cao sang mức thấp và ngược là rất ngắn coi như bằng 0 a, xung vuông điện áp > 0. b, xung vuông điện áp đều nhau Tín hiệu xung không chỉ có tín hiệu xung vuông mà còn có mốt số dạng tín hiệu khác như xung tam giác, răng cưa, xung nhọn, xung nấc thang có chu kỳ tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ lặp lại T. Các dạng tín hiệu xung: Trong nhiều trường hợp xung tam giác có thể coi là xung răng cưa Các dạng xung cơ bản trên rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có điểm chung là thời gian tồn tại xung rất nhắt, sự biến thiên biên độ từ tấp lên cao (xung nhọn) và từ cao xuống thấp (nấc thang, tam giác) xảy ra rất nhanh Định nghĩa: Tín hiệu xung điện áp hay xung dòng điên là những tín hiệu có thời gian tồn tại rất ngắn, có thể so sánh với quá trình quá độ trong mạch điện mà chúng tác dụng. 1.2. Các tham số cơ bản của xung vuông Tín hiệu xung vuông như hình 1 là một tín hiệu xung vuông lý tưởng, thực tế khó có 1 xung vuông nào có biên độ tăng và giảm thẳng đứng như vậy: Dạng xung Xung vuông thực tế với các đoạn đặc trưng như: sườn trước, đỉnh, sườn sau. Các tham số cơ bản là biên độ Um, độ rộng xung tx, độ rộng sườn trước ttr và sau ts, độ sụt đỉnh Biên độ xung Um xác định bằng giá trị lớn nhất của điện áp tín hiệu xung có được trong thời gian tồn tại của nó. Độ rộng sườn trước ttr, sườn sau ts là xác định bởi khoảng thời gian tăng và thời gian giảm của biên độ xung trong khoảng giá trị 0.1Um đến 0.9Um . Độ rộng xung Tx xác định bằng khoảng thời gian có xung với biên độ trên mức 0.1Um (hoặc 0.5Um). Độ sụt đỉnh xung thể hiện mức giảm biên độ xung tương tứng từ 0.9Um đến Um. Với dãy xung tuần hoàn ta có các tham số đặc trưng như sau: Chu kỳ lặp lại xung T là khoảng thời gian giữa các điểm tương ứng của 2 xung kế tiếp, hay là thời gian tương ứng với mức điện áp cao tx và mức điện áp thấp tng T = tx + tng (1) Tần số xung là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian. (2) Thời gian nghỉ tng là khoảng thời gian trống giữa 2 xung liên tiếp có điện nhỏ hơn 0.1Um (hoặc 0.5Um). Hệ số lấp đầy là tỷ số giữa độ rộng xung tx và chu kỳ xung T (3) Do T = tx + tng vậy ta luôn có Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ xung T và độ rộng xung tx. (4) * Trong kỹ thuật xung - số người ta sử dụng phương pháp số đối với tín hiệu xung với quy ước chỉ có 2 trạng thái phân biệt - Trạng thái có xung (tx) với biên độ lớn hơn một ngưỡng UH gọi là trạng thái cao hay mức “1”, mức UH thường chọn cỡ từ 1/2Vcc đến Vcc. - Trạng thái không có xung (tng) với biên độ nhỏ hơn 1 ngưỡng UL gọi là trạng thái thấp hay mức “0”, UL được chọn tùy theo phần tử khóa (tranzito hay IC) - Các mức điện áp ra trong dải UL < U < UH được gọi là trạng thái cấm * Dạng xung vuông U(t) = U(t) = u1(t) + u2(t) với U1(t) = 1(t0) = U2(t) = -1(t0) = 1.3.Các tham số cơ bản của tam giác Xung tam giác được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điện tử, thông tin, đo lường hay tự động điều khiển làm tín hiệu chuẩn hai biên độ và thời gian có vai trò không thể thiếu được hầu như trong mọi hệ thống hiện đại Dạng xung tam giác : Hình trên đưa ra dạng xung tam giác lý tưởng với các tham số chủ yếu như sau: - Biên độ cực đại Umax - Mức một chiếu ban đầu u(t = 0) = U0 - Chu kỳ lặp lại T với xung tuần hoàn. Thời gian quét thuận tq, thời gian quét ngược tng. Thông thường tng >> tq. Tốc độ quét thuận là K = , hay độ nghiêng của đường quét. Để đánh giá chất lượng u thực tế s với lý tưởng có hệ số không đường thẳng được định nghĩa là: Ngoài ta còn có một số tham số khác như: Tốc độ quét trung bình: KTB = , và hiệu suất năng lượng Từ đó ta có hệ số phẩm chất của u là Q = . Nguyên lý tạo xung tam giác dựa trên việc sử dụng quá trình nạp hay phóng điện của tụ điện qua một mạch nào đó, khi đó quan hệ dòng điện và điện áp trên tụ biến đổi theo thời gian là: ic(t) = C hay trong điều kiện C là một hằng số, muốn quan hệ uc(t) tuyến tính cần thỏa mãn điều kiện ic(t) là một hằng số, hay sự phụ thuộc của điện áp theo thời gian càng tuyến tính thì dòng điện phóng hay nạp cho tụ càng ổn định - Có 2 dạng điện áp cơ bản là: thời gian quét thuận tq, u tăng tuyến tính dạng đường thẳng nhờ quá trình nạp cho tụ từ nguồn một chiều nào đó và trong thời gian quét ngược tng, u giảm đường thẳng nhờ quá trình phóng điện của tụ qua một mạch tải. Với mỗi dạng trên có các yêu cầu khác nhau để đảm bảo tng >> tq, với dạng tăng đường thẳng cần nạp chậm phóng nhanh, hoặc dạng giảm đường thẳng cần nạp nhanh phóng chậm. - Việc điều khiển tức thời các mạch phóng nạp cho tụ thường sử dụng các khóa điện tử transistor hay IC đóng mở theo nhịp điều khiển từ ngoài. Trên thực tế để ổn định cho dòng nạp nay phóng điện cho tụ cần có một khối tạo nguồn dòng để nâng cao chất lượng xung tam giác. 2.CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI VÀ TẠO DẠNG XUNG Như chương 1 chúng ta đã biết về một số loại mạch lọc dùng các phần tử thụ động LR, RC, LC… với các lối ra trên R, L, C từ các lối ra của mạch lọc và với các thông số thích hợp. Từ đó ta có thể làm thay đổi các dạng xung lối ra của các mạch lọc. Ta có các phương pháp biến đổi dạng xung dùng các phần tử tích cực hoặc các phần tử thụ động như R, L, C. 2.1. Mạch vi phân 2.1.1. Định nghĩa và khái niệm Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra u0(t) tỷ lệ với đạo hàm thep thời gian của điện áp đầu vào ui(t) Ta có u0(t) = k Trong đó k là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào các hệ số của mạch vi phân Trong kỹ thuật xung mạch vi phân cáo tác dụng thu hẹp độ rộng xung lối vào và tạo ra các xung nhọn để kích các linh kiện điều khiển hay linh kiện công xuất như triac a. Mạch vi phân dùng RC Hình 2.1: Mạch vi phân dùng RC Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hoàn với chu kỳ T, tần số góc là , tín hiệu lối ra là v0(t) Trở kháng của mạch là Khi đó đặt là tần số cắt của mạch Dòng điện trong mạch là Điện áp lối ra sau khoảng thời gian là từ t0 đến t1 là Khi đó ta có lối vào là tín hiệu xung vuông thì lối ra là tín hiệu xung vi phân Tín hiệu lối ra trên mạch vi phân RC Tín hiệu lối vào là Sin thì tín hiệu lối ra là sin sớm pha 900 thì tín hiệu lối ra là b. Mạch vi phân dùng RL Mạch vi phân dùng RL Tín hiệu lối vào là tín hiệu xoay chiều có tần số góc là Tổng trở của mạch là trong đó là trở kháng của cuộn cảm Dòng điện trong mạch là i = , và điện áp lối ra trên cuộn cảm là =, coi rất nhỏ so với 1 khi đó Tính toán ta được điện áp lối ra tỷ lệ vi phân với điện áp lối vào ui(t) . Trong đó k hệ số tỷ lệ k = Dạng tín hiệu ra như hình trên 2.1.2. Mạch khuếch đại thuật toán vi phân Mạch vi phần dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ mạch khuếch đại vi phần dùng khuếch đại thuật toán với lối vào đảo, mạch phân áp vi phân là điện trở R2 và tụ C. Điện trở R1 làm ổn định tổng trở của lối vào (là điện trở ghép tránh cho nguồn xoay chiều lối vào nối đất vì ở đây lối vào – của bộ khuếch đại thuật toán được coi là đất ảo). Điện trở R3 có tác dụng bù nhiệt làm ổn định mạch khuếch đại, thường chọn R2 = R3 Lối vào được đưa tới tụ C tới lối vào đảo của khuếch đại thuật toán, điện trở R2 lấy tín hiệu hồi tiếp từ lối ra tới lối vào đảo của khuếch đại thuật toán. Dòng điện lối vào đảo của khuếch đại thuật toán là Iin = C Dòng điện hồi tiếp từ lối ra tới lối vào là IR2 = Do tính chất của bộ khuếch đại thuật toán điện trở lối vào vô cùng lớn, điện trở lối ra vô cùng nhỏ nên ta coi dòng lối vào đảo của khuếch đại thuật toán xấp xỉ 0 Áp dụng tính chất dòng điện nút ta có . Từ đó ta có Iin = IR2 hay 2.2. Mạch tích phân 2.2.1. Định nghĩa và khái niệm Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra u0(t) tỷ lệ với tích phân của điện áp vào ui(t) trong đó k là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào mạch a. Mạch tích phân dùng RC Mạch RC lối ra trên C Tín hiệu lối vào là vi(t) tuần hoàn với chu kỳ T, tần số góc là , tín hiệu lối ra là v0(t) Trở kháng của mạch là Khi đó đặt là tần số cắt của mạch Dòng điện trong mạch là Điện áp lối ra trên tụ là Điện áp lối ra thay đổi khoảng thời gian là Khi tần số lối vào fi >> fC hay fi >> là hằng số thời gian của mạch khi đó trong đó Ti là chu kỳ tín hiệu lối vào Với điều kiện như trên thì tổng trở của mạch khi đó tín hiệu lối ra của mạch là với k = Khi tín hiệu lối vào là xung sin thì tín hiệu lối ra cũng là xung sin và bị trễ pha đi 900. Khi tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tích phân của tín hiệu lối vào tương ứng với dạng xung phóng nạp cho tụ Dạng tín hiệu vào và ra của mạch tích phân Trường hợp 1: khi khi đó thời gian phóng nạp cho tụ C là rất nhanh coi như tức thì dẫn tới tín hiệu lối ra như hình B Trường hợp 2: khi khi đó tụ C nạp và phóng điện theo hàm exp với biên độ đỉnh thấp hơn mức bão hòa tín hiệu lối ra như hình C Trường hợp 2: khi khi đó tụ C nạp và phóng điện rất chậm điện áp lối ra thấp theo hàm exp khi đó điện áp tăng dần theo hàm mũ, do thời gian phóng nạp rất chậm nên hàm exp gần như dạng tuyến tính do đó tín hiệu lối ra như hình D Do đó với mạch tích phân dùng RC khi chọn các giá trị RC phù hợp ta sẽ được các dạng xung lối ra khác nhau khi dạng xung lối vào là xung vuông Trường hợp khi xung vuông lối vào có độ rộng khác nhau thì khi tín hiệu lối ra trên tụ thực hiện với thời gian nạp lớn hơn thời gian phóng và ngược gại gây ra hiện tượng điện áp rơi trên tụ tăng hoặc giảm dần Dạng tín hiệu vào và ra của xung xuông có độ rộng xung khác nhau. b. Mạch tích phân dùng RL Mạch tích phân dùng RL Đáp ứng tần số như mạch lọc RC. Tần số cắt của mạch lọc là Điện áp lối ra của mạch lọc thông thấp là 2.2.2. mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng Mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán điện áp ra biến đổi đường thẳng Mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán với phần tử R1 và C, hằng số thời gian của mach là . Ở đây điện trở R2 bù nhiệt cho mạch làm ổ định mạch khuếch đại, thường R1 = R2 Dòng điện lối vào là Dòng điện trên tụ C là Với khuếch đại thuật toán ta có hay Iin - Ic = 0 => Iin = IC Do đó ta có ở đây k = vì mạch tích phân dùng khuếch đại thuật toán với lối vào đảo do đó tín hiệu lối ra sẽ ngược pha so với tín hiệu lối vào Nếu tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tam giác như dạng tín hiệu ở hình trên. 3. CÁC MẠCH DAO ĐỘNG XUNG 3.1. Các mạch không đồng bộ hai trạng thái ổn định Các mạch có hai trạng thái ổn định ở đầu ra được đặc trưng bởi hai trạng thái ổn định bền theo thời gian và việc chuyển nó từ trạng thái này sang trạng thái khác chỉ xảy ra khi đặt tới lối vào một xung điện áp có biên độ và cực tính phù hợp, đó là phần tử cơ bản cấu tạo lên bộ nhớ với các số nhị phân 0 hoặc 1 Trigơ đối xứng (RS) dùng tranzitor Trigơ RS dùng tranzitor Nguyên lý hoạt động: Trigơ RS chỉ có 2 trạng thái ổn định bền là T1 mở bão hòa và T2 đóng tương ứng với lối ra của mạch Q = 1 và , hoặc T2 mở bão hòa và T1 đóng tương ứng với lối ra của mạch Q = 0 và Các trạng thái còn lại là không xảy ra khi T1 và T2 cùng đóng hoặc mở bão hòa. T1, T2 không thể cùng đóng do nguồn +Ecc khi đóng mạch sẽ cung cấp 1 điện ápdương nhất định đến bazơ của T1 và T2 (thông qua trở RC và R2 cho tranzitor T2, hoặc trở RC và R1 cho tranzitor T1) cùng mở. Do tính chất không đối xứng lý tưởng của mạch điện, chỉ cần 1 sự chênh lệch nhỏ về dòng điện trên cực bazơ của 2 tranzitor (IB1 IB2 dẫn đến IC1 IC2), ví dụ IB1 > IB2 dẫn đến dòng IC1 > IC2 (do IC = IB) khi đó sụt áp trên trở tải RC colector của T1 lớn hớn sụt áp trên trở tải RC colector của T2, qua đường hồi tiếp về từ colector T2 qua R1 tới Bazơ của T1 và từ colector T1 qua R2 tới Bazơ của T2 làm cho T1 càng mở và T2 càng đóng sau một khoảng thời gian t rất nhỏ nào đó sẽ dẫn tới T1 mở bão hòa và T2 khóa, khi đó mạch ở trạng thái ổn định bền và khi đó lối ra của mạch là Q = 1 và tương ứng điện áp ra ở colector của T2 ở mức cao và trên T1 ở mức thấp. Trường hợp ngược lại IB1 < IB2 tương tự như trên ta có T1 khóa và T2 thông bão hòa. Và lối ra tương ứng của mạch là Q = 0 và , tương ứng điện áp ra ở colector của T1 ở mức cao và trên T2 ở mức thấp. Từ phân tích ở trên trong trường hợp số hóa ta có bảng chân lý như sau Đầu vào Đầu ra Rn Sn Qn+1 0 0 Qn 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 Trạng thái cấm 3.2. Trigơ Smit dùng IC tuyến tính Trigor smit dùng IC tuyến tính tương tự như bộ so sánh (khuếch đại thuật toán) có hồi tiếp dương từ đầu ra tới 1 lối vào so sánh, còn lối vào còn lại được đưa tới lối vào so sánh thứ 2 a. Trigơ smit lối vào đảo Sơ đồ và giản đồ xung trigor smit dùng IC tuyến tính Khi Uvào có giá trị âm lớn tức u- > u+ khi đó lối ra ura = ura max, qua mạch hồi tiếp dương tới lối vào không đảo ta có điện áp trên lối vào dương là u+ = = uvào ngắt. Tăng dần điện áp uvào cho đến khi uvào < uvào ngắt thì khi đó điện áp lối ra không đổi. Khi tăng Uvào > u+ = uvào ngắt khi khi đó qua bộ so sánh với lối vào đảo lớn hơn lối vào thuận dẫn tới lối ra lật trạng thái từ Ura max xuống –ura max và qua mạch hồi tiếp dương điện áp trên lối vào thuận là u- = - = uvào đóng. Tăng tiếp điện áp lối vào khi đó điện áp lối ra sẽ không bị thay đổi ura = -ura max Khi giảm Uvào từ một giá trị dương lớn cho tới mức uvào >= uvào đóng khi đó mạch vẫn giữ nguyên trạng thái. Khi giản tín hiệu lối vào uvào < uvào đóng khí đó điện áp lối vào đảo nhỏ hơn điện áp lối vào thuận, tín hiệu lối ra sẽ chuyển trạng thái từ ura = ura max thành –ura max Để mạch ở trạng thái ổn định thì >=1 trong đó K là hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuật toán và giản đồ xung lối ra của trigơ smit dùng IC tuyến tính lối vào đảo b. Trigơ smit lối vào thuận Sơ đồ và giản đồ xung trigor smit dùng IC tuyến tính Khi Uvào có giá trị âm lớn tức u+ > u- khi đó lối ra ura = -ura max, qua mạch hồi tiếp dương tới lối vào không đảo ta có điện áp trên lối vào dương là . Để lối ra lật trạng thái thì up = 0 tức là khi đó tương ứng với lối vào khóa up = 0. từ đó ta có uvào khóa = Tăng dần điện áp uvào cho đến khi uvào < uvào ngắt thì khi đó điện áp lối ra không đổi. Khi tăng Uvào > uvào ngắt khi khi đó qua bộ so sánh với lối vào đảo lớn hơn lối vào thuận dẫn tới lối ra lật trạng thái từ -Ura max thành +ura max . Tăng tiếp điện áp lối vào khi đó điện áp lối ra sẽ không bị thay đổi ura = ura max Khi giảm Uvào từ một giá trị dương lớn cho tới mức uvào >= uvào đóng khi đó mạch vẫn giữ nguyên trạng thái. Khi giản tín hiệu lối vào uvào < uvào đóng khí đó điện áp lối vào đảo nhỏ hơn điện áp lối vào thuận, tín hiệu lối ra sẽ chuyển trạng thái từ ura = ura max thành –ura max giản đồ xung lối ra của trigơ smit dùng IC tuyến tính lối vào đảo 4. CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ MỘT TRẠNG THÁI ỔN ĐỊNH Đây là mạch có một trạng thái ổn định bền. Trạng thái thứ 2 của nó chỉ tồn tại trong một khoảng thời gian nào đó (phụ thuộc vào các tham số hay là các phần tử trong mạch điện) sau đó nó sẽ quan trở về trạng thái ổn định bền ban đầu 4.1. Đa hài đợi dùng tranzitor Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng transitor và giản đồ xung Sơ đồ mạch đa hài đợi dùng tranzitor tương tự như trigơ RS dùng transitor ở đây ta thay điện trở R2 bằng tụ C để đưa thành phần hồi tiếp dương xoay chiều từ colector của Tranzitor T1 về cực Bazơ của tranzitor T2. Tại thời điển t = t0 khi không có xung lối vào tác động giả sử tranzitor T2 thông khi đó qua mạch hồi tiếp R1 về bazơ của T1 làm cho tranzitor T1 cấm Tại thời điểm t = t1 có 1 xung dương lối vào qua R2 đưa vào cực bazơ của T1 là cho T1 mở ngay lập tức khi đó điện áp trên colector của T1 chuyển trạng thái từ +Ecc về xấp xỉ 0V, khi đó qua mạch tích phân RC làm cho điện áp trên tụ C bị lật trạng thái từ 0.6V xuống còn xấp xỉ -Ecc (do tụ C đang được nạp đầy điện từ RC qua tụ C và qua BE của T2 xuống đất khi đó điện áp trên tụ xấp xỉ Ecc, do đó khi thay đổi trạng thái tức là làm thay đổi cực xác định trên tụ). Do đó tranzitor T2 cấm và lối ra ở mức thấp. Tụ C lúc này được nạp điện từ +Ecc qua R, C qua CE của tranzitor xuống đất và điện áp trên tụ C tăng dần từ -Ecc. Giản đồ xung tín hiệu ra mạch đa hài đợi dùng tranzitor Điện áp trên tụ tăng dần biến đổi theo hàm mũ UBE2 = E(1-exp(-t/RC) Do điều kiện đầu là UB2(t=t1) = -ECC và khi tụ C nạp đến giá trị cực đại là UB2(t=) = ECC. Điện áp trên tụ tăng dần cho tới khi UBE2 =0.6 V (tranzitor silic) và 0.3 V với (gesmani) tương ứng với thời điểm t = t2 khi đó tranzitor T2 sẽ mở và qua mạch hồi tiếp R1 từ colector của T2 sẽ nhanh chóng làm cho T1 cấm và T2 mở bão hòa. Thời gian kéo dài xung ra là tx = RCln2 = 0.7RC, khi đó mạch sẽ ở trạng thái ổn định bền và chờ tiếp xung tác động ở lối vào để thay đổi trạng thái tiếp theo ở lối ra. 4.2. Đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán Với mạch khuếch đại thuật toán trên, mạch được cấp nguồn nuôi là ECC, khi đó tín hiệu lối ra là Ura max Mạch nguyên lý đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toánv lối vào – và + Với sơ đồ hình A. tại thời điểm ban đầu t<t0 Ui = 0, Diode D thông, điện áp trên cực N nối đất, với trường hợp bỏ qua sụt áp trên Diode, U0 = -Ura max. Qua mạch hồi tiếp dương R1R2 điện áp lối ra là -Ura max được đưa tới lối vào P khi đó điện áp lối vào là Up =U0 = -Ura max Với đây là trạng thái ổn định bền của mạch đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán. Tại thời điểm t = t1 có 1 xung vuông lối vào qua mạch RC ta có 1 xung nhọn (xung vi phân) tác dụng tới lối vào P, khi Uvào > Ura max khi đó lối ra lật trạng thái cân bằng không bền U0 = Ura max (do UP > U N). Khi đó điện áp trên cực P là Up =U0 = Ura max , lúc náy tụ C được nạp điện từ lối ra qua RC xuống đất. Giản đồ xung tín hiệu lối ra mạch đa hài đợi dùng khuếch đại thuật toán Tụ được nạp điện, khi đó điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi tại thời điểm t = t2 điện áp trên tụ là UC = UN >=UP tại thì điện áp lối ra lật trạng thái U0 = -Ura max, khi đó tụ C được phóng điện từ C qua R xuống –Ura max, tụ phóng điện cho tới khi điện áp trên tụ 0V thì dừng lại (0.3V gecmani, 0.6V silic) do Diode D thực hiện ghim điện áp ở cực N không âm quá do tụ C phóng điện. Khi này mạch sẽ trở về trạng thái cân bằng bền. Độ rộng xung tx = t2 – t1 liên quan đến quá trình phóng nạp điện cho tụ C từ mức 0V tới Ura max . Điện áp trên tụ C là UC = Umax(1-exp(-t/RC)) Thay giá trị UC(t1) = 0 và UC(t2) = Ura max thay vào phương trình trên ta được tx = t2 – t1 =RC 5. CÁC MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ HAI TRẠNG THÁI KHÔNG ỔN ĐỊNH 5.1. Đa hài tự dao động dùng tranzitor Sơ đồ mạch điện như sau: Sơ đồ nguyên lý độ đa hài tự dao động dùng transistor Nguyên lý hoạt động: Thông thường mạch đa hài tự dao động là mạch đối xứng nên hai transistor có cùng tên, các linh kiện điện trở và tụ điện có cùng một trị số. Tuy là mạch có các transistor cùng tên và các linh kiện có cùng một chỉ số nhưng các chỉ số đó không thể giống nhau hoàn toàn do mỗi trở và tụ lại có các sai số khác nhau dẫn tới việc hai transistor trong mạch dẫn điện không bằng nhau. Khi cấp nguồn điện sẽ có một transistor dẫn điện mạch hơn và một transistor dẫn điẹn yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương C2B1 và C1B2 sẽ làm cho transistor dẫn mạnh hơn tiến dần đến bão hòa, transistor dẫn điện yếu hơn tiến dần đến cấm hoàn toàn Giả sử ban đầu transistor T1 đẫn điện mạnh hơn, khi đó tụ C1 được nạp điện từ RC2 qua C1 làm dòng IB1 tăng cao dẫn đến T1 tiến dần đến bão hòa. Khi T1bão hòa, dòng IC1 tăng cao và UC1 = UCE1 sat 0.2V, Tụ C2 phóng điện từ +C2 qua T1 và R1 về -C2, điện áp âm trên tụ C2 được đưa vào cực bazơ của transistor T2 làm cho T2 cấm hoàn toàn. Thời gian cấm của tụ C2 chính là thời gian phóng điện tụ C2 được đưa tới R1, sau khi tụ xả hết điện thì cực bazơ của T2 được phân cực nhờ điện trở R1 làm cho T2 dẫn bão hòa khi đó UC2 = UCE2 sat 0.2V. Do đó dẫn tới tụ C1 phóng điện, tụ phóng điện từ +C1 qua T2 và R1 về -C1 đưa và cực bazơ của T1 làm cho T1 cấm, khi đó tụ C2 được nạp điện từ +Ecc qua RC1 , +C2 qua bazơ T2 xuống đất làm cho dòng IB2 tăng lên cao và T2 bão hòa nhanh. Thời gian cấm của tụ C1 chính là thời gian phóng điện tụ C1 được đưa tới R2, sau khi tụ xả hết điện thì cực bazơ của T1 được phân cực nhờ điện trở R2 làm cho T2 dẫn bão hòa như trạng thái giả thiết ban đầu, hiện tượng này được lặp đi lặp lại tuần hoàn tự dao động. Dạng tín hiệu ra ở các chân như sau: Dạng xung ở các lối ra Xét cực B1 khi T1 bão hòa: UB1 = 0.6V. Khi T1 cấm C1 phóng điện làm cực B1 có điện áp âm (khoảng – Ecc) và điện áp âm này tăng dần theo hàm mũ. Lối ra khi T1 bão hòa Ura1 = 0.2V, T1 cấm Ura1 +Ecc, dạng tín hiệu lối ra trên colector của T1 là xung xuông. Tương tự T2 ta có Lối ra khi T2 bão hòa Ura2 = 0.2V, T2 cấm Ura2 +Ecc, dạng tín hiệu lối tara trên colector của T2 là xung xuông. Dạng xung của 2 lối ra là cùng dạng xung nhưng ngược pha nhau . Chu kỳ xung lối ra là T = t1 + t2 Trong đó t1 là thời gian tụ C1 phóng điện qua R2 từ điện áp –Ecc lên 0V. Vì tụ C1 phóng điện từ -Ecc lên nguồn +Ecc nên điện áp tức thời của tụ là (lấy mức –Ecc làm gốc) ta có Thời gian t1 để tụ C1 phóng điện từ -Ecc lên 0V là => => => t1 = ln2*R2C1 = 0.69*R2C1 Tương tự thời gian t2 để tụ C2 phóng điện từ -Ecc lên 0V là t1 = ln2*R1C2 = 0.69*R1C2 Chu kỳ dao động của mạch là T = t1 + t2 = 0.69( R2C1 + R1C2) Trong trường hợp mạch đa hài tự dao động có các phần tử đối xứng là R1 = R2 = R; C1 = C2 = C khi đó chu kỳ dao động của mạch là T = 2*0.69*RC 1.4RC Tần số dao động của mạch là: Trong trường hợp mạch đa hài tự dao động đối xứng thì ta có Ví dụ: Thiết kế mạch đa hài tự dao động với các thông số kỹ thuật như sau: Ecc = 12V, dòng điện tải ở cực (dòng bão hòa của transistor) là 10mA, transistor có hệ số khuếch đại =100 lần, tần số dao động của mạch là 1KHz, tìm các thông số của mạch. Giả sử UBE sat = 0.6V, UCE sat = 0.2V. 5.2. Đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán Sơ đồ mạch như sau: Sơ đồ mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán (hình vẽ) Nguyên lý hoạt động Giả sử trạng thái lối ra ban đầu là ura = u ra max khi đó điện áp trên cực P là tụ điện C sẽ được nạp điện từ u ra max qua R, C xuống đất, điện áp trên tụ C tăng dần, khi điện áp trên tụ C tăng đến mức uC = uN > uP khi đó lối ra bộ khuếch đại thuật toán sẽ bị lật trạng thái từ ura = u ra max sang ura = -u ra max = u ra min , điện áp trên cực P là khi đó tụ C lại phóng điện từ C qua R đến -u ra max Tụ phóng điện và điện áp trên tụ giảm dần, khi điện áp trên tụ uC = uN < uP khi đó lối ra của bộ khuếch đại thuật toán sẽ lật trạng thái từ ura = -u ra max sang ura = u ra max trở về trạng thái ban đầu và tự tiếp tục mạch sẽ tự dao động. Dạng xung ra như sau: Dạng tín hiệu ra mạch đa hài tự dao động dùng khuếch đại thuật toán (hình vẽ) Chọn Ura max = Ura min = Umax khi đó Uđóng = -βUmax ; Ungắt = βUmax với là hệ số hồi tiếp dương của mạch dao động. Điện áp UN = UC là điện áp biến thiên theo thời gian khi tụ phóng và nạp điện từ Umax hoặc -Umax qua điện trở R, các khoảng thời gian 0 t1, t1 t2, ...phương trình điện áp trên tụ điện là {do UN = icdt/C => ic = C.UN/dt và iR = } Với điều kiện ban đầu UN (t = 0) = Uđóng = -βUmax , Khi đó phương trình trên có nghiệm là: UN(t) = Umax[1 – (1 +] UN sẽ đạt tới ngưỡng lật của trigơ smit sau một khoảng thời gian: (1) Khi đó chu kỳ (T) của dao động được xác định bởi T = 2= 2 (2) Nếu chọn R1 = R2 ta có T 2.2RC Tức là chu kỳ dao động chỉ phụ thuộc vào các thông số của mạch ngoài R1, R2 (mạch hồi tiếp dương) và R, C (mạch hồi tiếp âm) Công thức (1), (2) các xxịnh các tham số cơ bản của mạch về chu kỳ dao động của mạch và hằng số thời gian . Nếu mạch phức tạp cần có độ ổn định cao và khả năng điều chỉnh tần số ra người ta sử dụng các mạch phức tạp hơn: Ví dụ như khi cần có dạng xung lối ra không đối xứng, sơ đồ dưới đây tạo ra được mạch phóng nạp không đối xứng giữa R’ và R” với R’ R” Với hằng số thời gian là: và Do đó T = Khi đó bằng cách thay đổi R’ và R” thích hợp ta thu được tín hiệu lối ra có độ rộng xung phù hợp so với tín hiệu chúng ta mong muốn. Nếu muốn xung ra có chu kỳ không đổi thi ta thay đổi các hệ số R’ và R” tỷ lệ với nhau, tức là khi ta thay đổi tăng R’ lên một lượng là K thì tương ứng ta giảm R” cũng một lượng là K do đó R’ + R” sẽ không đổi 6. Mạch tạo xung tam giác Dùng mạch tích phân đơn giản Gồm một mạch RC đơn giản để nạp điện cho tụ từ nguồn E. Quá trình phóng, nạp được một khóa điện tử K điều khiển. Khi đó Umax << E. Do đó hệ số phẩm chất của mạch thấp vì hệ số phi tuyến tỷ lệ với Umax/E: Nếu sử dụng phần tăng đường thẳng ta có uc(t) = E[1 – exp(-t/RnC)] với Rn >> Rphóng.C Dùng một phần tử ổn định dòng Kiểu thong số có điện trở phụ thuộc vào điện áp đặt vào trên nó Rn = f(URn) làm điện trở nạp cho tụ C. Để giữa dòng nạp không đổi thỉ điện trở giảm khi điện áp trên nó giảm khi đó với Etd = inạpRi. Ri là điện trở trong của nguồn dòng nên khá lớn vậy Etd lớn và cho phép nâng cao Umax với một mức méo phi tuyến cho trước. Thay thế nguồn E cố định ở đầu vào bằng một nguồn biến đổi e(t) = E + K(UC – U0) Hay e(t) = E + KΔUC Với K là một hằng số tỷ lệ bé nhơn 1. K = Nguồn bổ xung KΔUC bùu lại mức giảm của dòng nạo nhờ một mạch khuếch đại có hồi tiếp thay đổi theo điện áp trên tụ UC. Khi đó mức méo phi tuyến được xác định bởi: Giá trị này thực tế nhỏ vì K ≈ 1, nên (1 – K) rất bé nên có thể lựa chọn được Umax lớn xấp xỉ E làm tăng hiệu suất của mạch mà vẫn nhỏ. 6.1. Mạch tạo xung tam giác dùng transistor. Hình dưới đây đưa ra các sơ đồ tạo xung tam giác dùng transistor đơn giản. Với hình a. Ban đầu khi UV = 0, transistor T mở bão hòa nhờ được phân áp bởi điện trở RB từ cực Bazơ lên nguồn +E. Khi đó điện áp lối ra Ura = UC = UCEbh ≈ 0V. Khi có xung vuông lối vào với cực tính âm qua mạch C1RB tạo thành mạch vi phân âm khi đó đưa điện áp xung vi phân âm trên tụ C tới cực Bazơ của transistor T làm transistor T cấm, làm cho tụ C được nạp điện. Tụ C được nạp điện từ nguồn +E qua R làm cho điện áp trên tụ tăng dần: khi đó điện áp ra là Ura(t) = UC(t) gần đúng bậc nhất với dạng đường thẳng theo t. Hệ số phi tuyến là: (1) Với và là dòng nạp lúc đầu và cuối cho tụ C. Khi hết xung điều khiển tức xung vi phân dương hoặc không có xung lối vào điều khiển làm transistor T ở trạng thái cấm. Tụ C phóng điện nhanh ra colector và emitor của transistor T (vì RCE <<) nên Ura = UC ≈ 0 trở về trạng thái ban đầu của mạch. Từ biểu thức sai số (1) trên ta thấy muốn sai số bé cần chọn nguồn E lớn và biên độ ra của xung tam giác Um nhỏ. (đó chính là nhược điểm lớn của mạch tạo xung đơn giản) Với hình b. Transistor T2 mắc kiểu bazơ chung có tác dụng như một nguồn ổn dòng (có bù nhiệt nhờ dòng ngược qua diode zenor) cung cấp dòng IE2 ổn định nạp cho tụ trong thời gian có xung vuông cực tính âm điều khiển làm transistor T1 khóa, với điều kiện gần dùng dòng colector transistor T2 không đổi thì ta có là quan hệ bậc nhất theo thời gian t. Sơ đồ mạch trên cho phép tận dụng toàn bộ nguồn E tạo xung tam giác với biên độ nhận được là UC ≈ E. Khi có tải Rt mắc song song trực tiếp với tụ C thì có hiện tượng phân dòng qua Rt và khi đó UC sẽ giảm và do đó sai số tăng. Để có thể sử dụng tốt cần nang cao giá trị trở Rt hay là giảm ảnh hưởng của Rt đối với lối ra của sơ đồ. Với hình c. Transistor T1 là phần tử khóa thường mở nhờ điện trở RB và transistor T1 chỉ cấm khi có xung vuông cực tính dương điều khiển ở lối vào. Transistor T2 là phần tử khuếch đại đệm chế độ đóng mở (K < 1). Ban đầu UV = 0 transistor T1 mở bão hòa nhờ điện trở RB phân cực cho transistor. Diode D thông qua R có dòng I0 ≈ E/(R + RD) khi đó điện áp trên tụ C là UC = UCEbh≈0 qua transistor T2 ta thu được tín hiệu lối ra là Ura ≈ 0. Tụ C0 được nạp điện từ đất qua RE qua C và diode D kshi đó điện áp trên tụ là UN – UE2 ≈ E với cực tính âm. Trong thời gian có xung lối vào transistor T1 bị cấm, tụ C được nạp điện qua R và D làm điện thế tại trên cực Bazơ của transistor T2 (điểm m) âm dần do đó làm cho T2 mở lớn dần đạt mức gần giá trị bão hòa. Gia số ΔUC qua transistor T2 và qua tụ C0 có điện dung lớn gần như đưa toàn bộ về điểm N bù thêm với giá trị sẵn có tại N (đang giảm theo quy luật dòng nạp) giữ ổn định dòng trên điện trở R nạp cho tụ C. Chú ý: với dòng hồi tiếp từ lối ra qua C0 về có trị số bằng E/R thì khi đó không còn dòng qua diode D dẫn tới trạng thái cân bằng động. Nguồn E dường như cắt khỏi mạch và C được nạp nhờ điện thế E được nạp trước trên tụ C0 6.2. Mạch tạo xung tam giác dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. a. Sơ đồ 1: (cấp nguồn ±Ecc cho vi mạch) Xây dựng trên cơ sở khếch đại lối vào đảo trong đó thành phần hồi tiếp là tụ C. Điện áp lối ra được cho bởi phương trình sau: (1) Với Q0 là điện tích trên tụ tại thời điểm t = 0. Với iC(t) = do đó ta có điện áp lối ra (Ura) là (2) Thành phần Ura0 xác định từ điều kiện ban đầu của tích phân: Ura0 = Ura(t=0) = Q0/C (3) Nếu lối vào Uvao là một xung vuông có giá trị điện áp không đổi trong khoảng 0 ÷ t thì Ura(t) là biến thiên điện áp dạng đường thẳng. (4) Độ chính xác của phương trình trên phụ thuộc vào giả thiết U0 0 hay dòng điện đầu vào IC gần bằng 0. Với các vi mạch chất lượng cao đảm bảo điều kiện dòng lối vào IC khá tốt: Ivào IC = 0. b. Sơ đồ 2: - Khi có xung điều khiển cực tính dương lối vào làm transistor T mở bảo hòa, khi đó làm tụ phóng điện qua RCE của transistor xuống đất trong khoảng thời gian t0 (t0 < tng) với tng = tx vào do khi đó transistor T thông bão hòa. - trong khoảng thời gian tq (tức tng vào) không có xung điều khiển dương lối vào khi đó transistor T ở trạng thái cấm IC khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ tuyến tính nếu U0 = 0V thì UP = UN = UC (5) Xác định quy luật biến đổi hàm UC(t), từ đó đưa ra điều kiện để lối ra biến đổi tuyến tính. Phương trình dòng điện tại điểm N với mạch hồi tiếp âm là: => (6) Phương trình dòng điện tại điểm P với mạch hồi tiếp dương là: (7) Từ phương trình (6), (7) ta có UC(t) là: (8) Khi đó tính chất biến đổi của UC phụ thuộc vào hệ số - Nếu đường UC(t) có dạng đường cong lồi - Nếu đường UC(t) có dạng đường cong lõm - Khi thì khi đó UC(t) phụ thuộc bậc nhất vào t. Khi đó ta có t (9) - Nếu chọn R1 = R3, R2 = R4 khi đó ta có: (10) Từ biểu thức (10) ta có - Nếu E > E0 ta có điện áp lối ra tăng theo đường thẳng - Nếu E < E0 ta có điện áp lối ra giảm theo đường thẳng - Nếu chọn E0 = 0 ta nhận được xung tam giác có cực tính dương. Nếu chọn E0 là một nguồn điều chỉnh được thì Ura có dạng hai cực tính với biên độ gần bằng 2Ecc. Thực tế thường chọn E = Ecc và E0 lấy từ Ecc qua mạch phân áp. Biên độ cực đại trên tụ được xác định bởi 7. TẠO XUNG VUÔNG VÀ TAM GIÁC \Người ta có thể tạo đồng thời một xung vuông và một xung tam giác nhờ ghép nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ smit. Bộ tích phân IC2 lấy tích phân điện áp ổn định trên lối ra 1 (Ura1) trên trigơ smit. Khi Ura2 đạt ngưỡng lật của trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do đó Ura2 đổi ngưỡng quét ngược lại. quá trình thực hiện tiếp diễn cho tới khi đạt ngưỡng lật thứ 2 của trigơ smit và sơ đồ quay trở về trạng thái dao động tạo xung ban đầu. Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào R và C. Giá trị ngưỡng điện áp lật trạng thái của trigơ smit được xác định bởi: Ura2 = (11) Ura1 max là điện áp ra cực đại của IC1. Chu kỳ dao động của mạch là (12) PHẦN HAI THIẾT KẾ MẠCH THỰC TẾ 1. NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ Thiết kế mạch tạo đồng thời xung vuông và xung tam giác có các tham số sau : + đỉnh xung tam giác có giá trị 6.5V + tần số thay đổi 500 Hz < f < 1 KHz + nguồn cung cấp E = 15V 2. SƠ ĐỒ KHỐI KHỐI NGUỒN KHỐI IC TẠO XUNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SÔ VÀ BIÊN ĐỘ XUNG LỐI RA HIỂN THỊ 3. CHỨC NĂNG CỦA TỪNG KHỐI 3.1 Khối nguồn Sử dụng nguồn đối xứng 15V sơ đồ như sau : 24V AC +15V - 15V Nguồn 15 được lấy ra từ mạch trên, mạch hoạt động như sau : Sử dụng biến áp 220V - 50 Hz hạ thế xuống 24V AC rồi đưa qua cầu điốt chỉnh lưu thành nguồn 24V DC . Điện áp 24V DC đươc đưa tới 2 transistor 78XX và 79XX để ổn áp nguồn 1 chiều tạo ra nguồn đối xứng 15V thì ta sử dụng 2 transistor đó là 7815 và 7915 Nguồn 1 chiều đối xứng sẽ cung cấp cho khối ic 3.2 KHỐI IC TẠO XUNG a. Sơ đồ chân IC 555 1 2 3 4 5 6 7 8 GND Trigger Output Reset +Vcc Discharge Threshold Control Voltage 555 b. Sơ đồ cấu trúc IC 555 Chân 1: GND nối đất Chân 2: Trigger Input (lối vào thay đổi trạng tái xung lối ra) Chân 3: Output Lối ra Chân 4: Reset (phục hồi lại trang thái hoạt động IC555) Chân 5: Control Voltage (điều khiển điện áp) Chân 6: Threshold (thềm ngưỡng lật trạng thái lối ra out) Chân 7: Dirchage (điều khiển phóng nạp điện tụ Chân 8: Vcc nguồn cung cấp (nguồn dương) d. Nguyên tắc hoạt động các chân IC555 Về cơ bản, 555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF, từ đó điều khiển transistor cho phép tụ xả điện (Discharge) Cấu trúc phân áp IC 555 gồm 3 điện trở có giá trị 5KΩ được mắc nối tiếp với nhau lên nguồn cung cấp và xuống đất, đầu ra lầy trên các điện trở tương ứng với nhau có giá trị điện áp chuẩn là 1/3Vcc và 2/3Vcc 2 bộ khuếch đại thuật toán có chức năng so sánh với lối vào dương và âm được nối với điện áp chuận tương ứng là 1/3Vcc và 2/3Vcc, lối vào còn lại được lấy từ lối vào chân (2) và chân (6). Lối vào chân (2) được đưa tới lối vào âm của bộ so sánh 1, còn lối vào dương của bộ so sánh 1 được nối với điện áp chuẩn 1/3Vcc. Lối vào chân (6) được đưa tới lối vào dương của bộ so sánh 2, còn lối vào âm của bộ so sánh 2 được nối với điện áp chuẩn 2/3Vcc. Chú ý: khi thực hiện mạch dao động dùng IC555 không bao giờ thực hiện cùng lúc điện áp lối vào chân (2) 2/3Vcc. Chân 2: TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với 1/3VCC . Khi điện áp ở chân này dưới 1/3 Vcc thì ngõ ra Q của FF xuống [0], tạo ra chân 3 tạo một trạng thái cao. Khi điện áp lối vào chân (2) có giá trị nhỏ hơn 1/3Vcc tương ứng lối ra bộ so sánh thứ 1 ở mức cao tác dụng tới lối vào set của triggơ RS khi đó lối ra Out ở mức cao. Khi điện áp lối vào chân (2) lớn lơn 1/3Vcc khi đó lối ra bộ so sánh 1 ở mức thấp tương ứng với chân S của triggơ RS ở mức thấp và phụ thuộc lối vào R của triggơ RS mà lối ra Out ta được ở trạng thái nhớ (lối ra ở mức cao) hoặc trạng thái xóa (lối ra ở mức thấp). Chân 6: Threshold (ngưỡng) điểm nhạy mức với 2/3Vcc . Khi điện áp ở chân này > 2/3Vcc . FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp. Khi điện áp lối vào chân (6) có giá trị nhỏ hơn 1/3Vcc tương ứng lối ra bộ so sánh thứ 2 ở mức thấp tác dụng tới lối vào clear của triggơ RS khi đó lối ra Out phụ thuộc lối vào S của triggơ RS mà lối ra Out ta được ở trạng thái nhớ (lối ra ở mức thấp) hoặc trạng thái set (lối ra ở mức cao). Khi điện áp lối vào chân (6) lớn lơn 1/3Vcc khi đó lối ra bộ so sánh 2 ở mức cao tương ứng với chân R của triggơ RS ở mức cao do đó lối ra Out ở mức thấp. Mạch FF – RS là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân S ở mức cao thì điện áp này kích cho lối ra Q lên mức cao và lối ra xuống mức thấp. Khi châp S ở mức cao xuống mức thấp thì FF – RS không đổi trạng thái tương ứng chân R đang ở mức thấp. Khi chân R (clear) ở mức cao thi điện áp này kích cho FF – RS đổi trạng thái mức cao sang trạng thái mức thấp khi đó lối ra Q xuống mức thấpvà lối ra lên mức cao. Khi chân R xuống mức thấp tương ứng S ở mức thấp khi đó FF – RS ở trạng thái nhớ và giữ nguyên trạng thái của mạch. Chân 3: OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao trong khoảng thời gian định thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó có thể cấp hoặc hút dòng đến 200mA Chân 4: RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ định thì bị ngắt, đưa 555 về trạng thái không có kích. Đây là chức năng ưu tiên để 555 không thể bị kích trừ khi RESET được giải phóng (>1,0V). Khi không sử dụng nối chân 4 lên Vcc. Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm 2/3Vcc. Một điện trở nối đất hoặc điện áp ngoài có thể được nối vào chân 5 để thay đổi các điểm tham khảo (chuẩn) của comparator. Khi không sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất = 0.01µF cho tất cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện. Chân 7: Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng để xả tụ định thì. Vì dòng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất lớn (>1000µF) không bị hư. Chân 8: VCC điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5 đến 16V so với chân đất. Việc định thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số định thì do thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0.05% /V 3.3. Khối điều chỉnh tần số và biên độ xung Có chức năng điều chỉnh tần số thay đổi từ 500Hz – 1KHz bằng 2 biến trở RV1 Điều chỉnh biên độ xung tam giác ở mức 6.5V dùng biến trở RV2 (hình vẽ xem ở sơ đồ nguyên lý) 3.4 Lối ra Tạo ra xung vuông tại chân 3 và xung tam giác tại chân 6 của IC NE 555 3.5 Hiển thị Sử dụng LED để biểu hiện sự thay đổi của xung vuông Hoặc có thể sử dụng máy hiện sóng để đo dạng xung vuông và xung tam giác 4.Sơ đồ nguyên lý toàn mạch Xung Tam giác Xung vuông 24V DC 24V DC +15V -15V Trong bài toán yêu cầu tạo xung có tần số biến đổi từ 500Hz đến 1khz. như vậy ta có 3 phương án thực hiện + điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi biến trở RV2 + điêu chỉnh tần số bằng cách thay đổi tụ điện C1 + điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi tụ điện và điện trở đồng thời ở đây để đơn giản chúng ta điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi biến trở RV2 để xác định biên độ điêu chỉnh tụ điện ta thay 2 giá trị tần số vào công thức để xác định điện trở tương ứng với tần số 1000 Hz: chọn C1 = 10 nF, R1 = 100 (kΩ). khi đó, Tn = Tn +Tx ,với T = 1/F => F = = RV2 = 94300 (Ω) = 94,3 (kΩ) Với tần số 500Hz Tương tự ta tính được RV2= 22,15(kΩ) như vậy trên lý thuyêt để tạo được xung có tần số biến đổi từ 500 hz đến 1000 khz . với mạch dùng I C 555 ta thay R2 bằng biến trở có điện trở biến đổi từ 22,15 (kΩ) à 94,3 (kΩ) nhưng do có sai số nên ta có thể dùng biến trở có điện trở thay đổi từ 20 (kΩ) à 100 (kΩ) R3 chỉ là tải giả mắc vào chân 3 của IC 555 để mô phỏng chọn khoảng vài kiloOhm là được. R5 cũng là điện trở đệm ngã ra của IC 555 với ngã vào của C1585 là trán đệm (buffer) ngã ra, thường lắp theo kiểu cực thu chung (CC), đặc điểm của cách lắp này cho ta trở kháng ngã (ri) vào rất lớn, R4 (RE) chọn sao cho trở kháng ngã vào của nó đủ lớn để khi ta ghép các tầng phía sau C1815 sẽ không ảnh hưởng đến các tham số của mạch LM 555 thường khoảng vài trăm kilo Ohm. Công thức tính tải: ri = rb + re + RE => ri = hie + . RE Kết luận: nếu muốn thay đổi độ lớn tần số dao động của mạch thì chỉ cần thay đổi giá trị của Ra, Rb hoặc của C1. Tuy nhiên nếu chỉ thay đổi giá trị R1(hoặc R2) không thôi, thì tần số (f) cũng như độ rộng xung (duty cycle)sẽ bị thay đổi cùng lúc. Như vậy theo như trên ta tính với R1=const sẽ xảy ra hiện tượng trên.do vậy ta phải chọn R1=R2.theo công thức trên ta tính được: Với tần số 500 hz thì R1=R2 =96,2 (kΩ) Với tần số 1000 hz thì R1=R2 =48,1 (kΩ) muốn thay đổi tần số ( giữ nguyên độ rộng xung thì R1 và R2 phải được thay đổi cùng một lúc( cùng tăng hoặc cùng giảm một giá trị như nhau) muốn thay đổi độ rộng xung ( giữ nguyên tần số) thì R1 và R2 phải được thay đổi cùng lúc nhưng có chiều ngược lại( khi tăng R1 thì phải giảm R2 cùng một giá trị như nhau) Mạch trên dùng them 2 diode để Tn =Tx để đảm bảo có xung vuông tại chân OUT(3) là đối xứng, sở dĩ 2 con diode này có tác dụng như vậy là vì lúc tụ nạp thì dòng chỉ qua R1 nhớ diode D2. khi đó thời gian nạp là Tn =t1 = 0,693. R1. C2. và khi tụ xả cũng vậy, nhờ có D1 mà dòng xả chỉ qua R2 và thời gian xả là Tx = t2 = 0.693. R2.C2 mà R1 = R2 (chọn lúc thiết kế) => Tn = Tx. Hình minh họa quá trình nạp xả cho tụ C1 Ngõ out tại chân số 6 cho ra xung tam giác (hơi bị răng cưa chứ xườn không thẳng) Dạng xung tại ngõ out(3) Xung tại chân số 6 5.ứng dụng của IC 555 Ứng dụng của 555 là rất lớn, ngoài ứng dụng hay dùng làm mạch phát xung nó còn dùng để đo điện dung. Điện dung hoặc cảm biến dạng điện dung được nối vào mạch, khi thay đổi sẽ làm tần số đầu ra thay đổi. việc đo tần số với vi điều khiển thì đơn giản rồi. khi sử dụng cách này, cần phải có điện trở thật chính xác… để tránh sai số. ngoài ra IC 555 còn có nhiều ứng dụng trong thực tế như: dùng làm mạch cho khởi động trễ, mạch phát ra âm thanh, điều chế xung, dung để đo tốc độ quay của máy đĩa hát, dùng trong thiết bị chống trộm và tia hồng ngoại… 6.Ưu và nhược điểm của mạch a) ưu điểm: - mạch điện đơn giản dễ làm với những linh kiện phổ biến dễ tìm, chi phí thấp - nguyên lý đơn giản dễ hiểu b) nhược điểm - tạo xung tam giác bằng mạch điện dung IC 555 tạo ra xung tam giác không chính xác.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docThiết kế mạch trương tự tạo đồng thời xung vuông và tam giác.doc
Luận văn liên quan