Đề tài Thiết kê mạch logíc Số

Lêi nãi ®Çu M¹ch tÝch hîp ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 555 lµ mét m¹ch tÝch hîp mµ chóng em tr×nh bµy d­íi ®©y. Nã lµ mét m¹ch ®iÖn tÝch hîp trªn mét chip silic kÕt hîp ®­îc c¶ chøc n¨ng sè vµ t­¬ng tù. IC nµy ®­îc sö dông r©t réng r·i do tÝnh n¨ng æn ®Þnh. Nã th­êng ®­îc dïng trong c¸c thiÕt bÞ ®o l­êng, thiÕt bÞ tù ®éng ho¸, bé ®Þnh giê, c¸c thiÕt bÞ ®iÖn gia dông, m¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn tö, c¸c bé dao ®éng tù kÝch ®a hµi. C¸c thiÕt bÞ c¶nh b¸o . . .IC555 lµm viÖc æn ®Þnh vµ cã nhiªu tÝnh n¨ng cïng tÝch häp trªn mét m¹ch do ®ã tuy ra ®êi tõ l©u song IC555 vÉn cßn ®­îc sö dông réng r·i cho ®Õn nay. Mét trong nh÷ng øng dông cña IC555 mµ chóng em tr×nh bµy trong ®Ò tµi nµy lµ øng dông cña nã trong M¹ch ®iÖn tù ®éng b¬m n­íc khi bÓ n­íc c¹n hay lµ bÓ nguån c¹n. M¹ch ®iÖn nay cã thÓ sö dông réng r·i ë c¸c khu tËp thÓ, chung c­, hay t¹i nhµ riªng . . . Chóng em xin ch©n thµnh c¶m ¬n sù gióp ®ì tËn t×nh cña thÇy gi¸o . . . . . . . . . ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho chóng em vÒ ®Ò tµi, tµi liÖu tham kh¶o, kiÕn thøc c¬ b¶n. Tuy ®· rÊt cè g¾ng t×m tßi c¸c tµi liÖu, t¹p chÝ . . .song ®Ò tµi cña chóng em vÉn cßn nhiÒu thiÕu sãt vµ khiÕm khuyÕt, chóng em rÊt mong nhËn ®­îc sù chØ b¶o cña thÇy ®Ó hoµn thiÖn h¬n ®Ò tµi nµy PhÇn lý thuyÕt C¸c ®Æc ®iÓm cña m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 555 ( IC555). IC 555 lµ sù kÕt hîp gi÷a chøc n¨ng sè (digital) vµ chøc n¨ng t­¬ng tù (analog). IC nµy ®­îc øng dông trong c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ®iÖn tö, c¸c m¸y ®o, c¸c thiÕt bÞ gia dông . . . vµ nhiÒu øng dông kh¸c. IC cã thÓ t¹o thêi gian trÔ vµ t¹o dao ®éng chÝnh x¸c. M¹ch ®iÖn sö dung nguån ®iÖn ®¬n, ph¹m vi nguån ®iÖn m¹ch ®iÖn tÝch hîp kiÓu song cùc 555 lµ 3 – 15V. Ph¹m vi nguån ®iÖn tÝch hîp 555 kiÓu CMOS lµ 2 – 18V. 8 IC cã thÓ ®éc lËp t¹o thµnh mét m¹ch ®Þnh giê, dßng ®iÖn ra lín nhÊt cña nã lµ 200mA. V× thÕ cã thÓ trùc tiÕp kÝch ®éng c¬ ®iÖn nhá, loa, r¬ le , LED, tÇn sè lµm viÖc lín nhÊt cã thÓ ®¹t tíi 300 kHz 1 8 2 7 3 6 4 5 5 7 1 D I P 6 2 3 5 4 H×nh d¹ng m¹ch ®iÖn gèc chuÈn gèc chuÈn thêi gian 555 (IC555) Chøc n¨ng cña c¸c ch©n dÉn vµ t¸c dông nh­ sau. Ch©n 1 lµ ®Çu nèi ®Êt. Ch©n 2 lµ ®Çu kÝch: nÕu kÝch ®iÖn ¸p ë ch©n nµy cao h¬n Vcc ®Çu ra sÏ ®¶m bo¶ ë møc thÊp. NÕu cã mét m¹ch xung ©m ®ñ lín ®Æt ë ch©n 2, ë ®Çu ra ch©n 3 sÏ lËp thµnh møc cao, ®Çu kÝch vÉn gi÷ ë møc thÊp, ®Çu ra sÏ gi÷ ë tr¹ng th¸i møc cao. Ch©n 3 lµ ®Çu ra. C¸ch lµm viªc ®­îc thÓ hiÖn trong h×nh vÏ. +Ucc ®Çu ra 8 1 thÊp cao 8 Phô t¶i ng¾t cao Phô t¶i th«ng I = 0 +Ucc I 3 b) ®Çu ra møc cao a) ®Çu ra møc thÊp ®Çu ra 3 1 thÊp +Ucc 8 +Ucc 8 cao cao 3 ®Çu ra 3 ®Çu ra thÊp Phô t¶i ng¾t thÊp Phô t¶i th«ng 1 1 c) §Çu ra møc thÊp d) §Çu ra møc cao §Çu ra cã hai tr¹ng th¸i: th¸p vµ cao. Khi ®Çu ra thÊp nh­ mét ®iÖn trë thÊp tiÕp ®Êt (10 W ) nh­ h×nh a vµ c trong h×nh trªn; khi ®Çu ra ë møc cao, ë gi÷a ®Çu ra ch©n 3 va ®iÖn ¸p nguån Vcc xuÊt hiÖn nh­ mét ®iÖn trë 10 W nh­ b vµ d trong h×nh trªn. Nèi pôh t¶i t¹i ®Çu ra cã hai h×nh thøc: phô t¶i nèi gi÷a ch©n 3 víi ®iÖn ¸p nguån Vcc, gi÷a ch©n 3 víi ®Êt. ë h×nh a ®iÖn ¸p ®­a ra ë møc thÊp th× phô t¶i dÉn th«ng, dßng ®iÖn phô t¶i ®­a vµo d©y dÉn ra, gäi lµ dßng ®iÖn hÊp thô. Dßng ®iÖn hÊp thô nhá h¬n 10mA, ®Çu ra møc thÊp lµ 5,1V, dßng ®iÖn ®Çu ra khi ë møc cao phô t¶i ng¾t nh­ h×nh b. Cßn h×nh c vµ d biÓu thÞ phô t¶i nèi ®Êt, khi ®Çu ra ë møc thÊp, phô t¶i bÞ ng¾t nh­ h×nh c, khi ®Çu ra ë møc cao ®Çu ra cung cÊp mét dßng ®iÖn gäi lµ dßng ®iÖn cung cÊp, hoÆc lµ cã thÓ nãi dßng ®iÖn nguån kh«ng phô t¶i nèi ®Êt nh­ h×nh d. Nãi chung m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thßi gian 555 cã dßng ®iÖn hÊp thô lín nh©t vµ dßng ®iÖn cung cÊp lµ 200mA, ®iÖn ¸p cao ë ®Çu ra thÊp h¬n ë nguån ®iÖn Vcc 0,5V. Ch©n 4 lµ ®Çu trë vÒ 0, ®Æt 0 (phôc vÞ). Nã cã thÓ xo¸ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Çu vµo, ch©n 4 khi kh«ng sö dông ®­îc nèi víi Vcc, nÕu ch©n 4 ®­îc nèi ®Êt hoÆc lµm cho ®iÖn thÕ cña nã gi¶m nhá tíi 0,7V, ®Çu ra ch©n 3 vµ ®Çu phãng ®iÖn 7 g¾n víi ®iÖn thÕ ®Êt, còng cã nghÜa lµ ®Çu ra ë møc thÊp. NÕu ®Çu ra ë møc cao, ch©n 4 ®Çu ®Æt 0, sÏ vÉn nèi ®Êt vµ ®Çu ra sÏ lµ ®iÖn ¸p thÊp. Ch©n 5 lµ ®Çu ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p. th«ng th­êng gi÷© nã víi ®Êt nèi víi mét tô läc 0,01mF, ng¨n c¸c xung trë l¹i nguån cung cÊp, §Çu ®iÒu khiÓn còng cã thÓ dïng ®Ó thay ®æi ®iÖn ¸p trÞ sè ng­ìng vµ ®iÖn µp kÝch, ®Ó cã thÓ ®iÒu chÕ ®­îc d¹ng sãng ®Çu ra. Ch©n 6 lµ ®Çu trÞ sè ng­ìng, dung ®Ó ®o kiÓm tô ®iÖn ¸p ë bªn ngoµi. VÝ dô khi IC 555bÞ kÝch ë møc cao, ®Çu trÞ sè ng­ìng sÏ quan s¸t sù t¨ng ®iÖn ¸p cña Vcc, khi ®¹t tíi 2/3Vcc th× ®Çu ra sÏ ë møc thÊp. Ch©n 7 lµ ®Çu phãng ®iÖn: khi ®Çu ra ë møc thÊp, ch©n 7 lµ dïng ®Ó phãng ®iÖn cho tô ®Þnh giê nèi ngoµi, khi ®Çu ra ë møc cao, ch©n 7 ng¾t víi m¹ch nèi ngoµi, cho phÐp ®iÖn ¸p nguån n¹p cho tô, trÞ sè ®o ®­îc quyÕt ®Þnh bëi tô nèi ngoµi vµ tû suÊt víi tô ®iÖn. Ch©n 8lµ ®iÖn ¸p nguån ®iÖn d­¬ng. Nã cã thÓ lµ ®iÖn ¸p bÊt kú tõ +3V tíi +18V. V× thÕ th­êng ®­îc nèi víi m¹ch ®iÖn tÝch hîp logic sè vµ bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n cã liªn quan. C¨n cø ®iÖn ¸p nguån ®iÖn sÏ quyÕt ®Þnh dßng ®iÖn thiªn trÞ cña m¹ch ®iÖn bªn trong, nãi chung nã cÇn cung cÊp 7mA (nÕu Vcc = +15V th× cÇn 10mA) c«ng suÊy tiªo hao lín nhÊt lµ 600mW. Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 555. KÕt cÊu bªn trong cña con IC nµy bao gåm hai bé so s¸nh: mét bé trig¬ R-S, mét chuyÓn m¹ch transistor cïng víi 3 ®iÖn trë 5kW t¹o thµnh bé ph¸t sinh ®iÖn ¸p gèc chuÈn (h×nh vÏ). Nguån ®iÖn Vcc th«ng qua m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thßi gian 555 bëi 3 ®iÖn trë ph©n ¸p bªn trong m¹ch ®iÖn tÝch hîp lµm cho hai bé so s¸nh bªn trong m¹ch ®iÖn t¹o thµnh bé kÝch, møc ®iÖn ¸p kÝch trªn lµ 2/3Vcc, kÝch d­íi lµ 1/3Vcc. Râ rµng ®Çu ®iÒu khiÓn ch©n 5 nèi víi bªn ngoµi ®iÖn ¸p Vc cã thÓ lµm thay ®æi møc ®iÖn ¸p kÝch trªn vµ d­íi. DIS Uo Reset +Ucc H×nh vÏ. R S 4 2 5 6 5k TR Uc TH 1 7 3 Q 1 A1 + - A2 + - 5k R 2 5k GND KÕt cÊu bªn trong Nguyªn lý lµm viÖc cña m¹ch ®iÖn tÝch hîp gèc chuÈn thêi gian 555. Bé so s¸nh do bé khuyÕch ®¹i thuËt to¸n t¹o thµnh, t­¬ng tù trong h×nh vÏ. Bé so s¸nh cã hai ®Çu vµo Va vµ Vb, ®­îc ph©n biÖt víi ®iÖn ¸p ®Çu vµo Vi vµ ®iÖn ¸p gèc chuÈn Vf, nã cã mét ®Çu ra Vo. T¸c dông chÝnh lµ thùc hiÖn viÖc so s¸nh gi÷a ®iÖn ¸p ®Çu vµo vµ ®iÖn ¸p gèc chuÈn Vf, kÕt qu¶ so s¸nh ë møc logic “1” (møc cao) hoÆc “0” (møc cao) mµ kh«ng hiÓn thÞ trÞ sè ®iÖn ¸p cô thÓ. Bé so s¸nh cã hai c¸ch nèi. C¸ch nèi thø nhÊt: ®iÖn ¸p ®Çu vµo Vi nèi gi÷a Va víi ®Êt, ®iÖn ¸p gèc chuÈn Vf nèi gi÷a Vb víi ®Êt. Ua H×nh vÏ 1.4a Uo Ub A + Ui Uo - Uf Khi Vi>Vf ®Çu ra ë møc cao (trÞ sè l«gic lµ “1”). Khi Vi<Vf ®Çu ra ë møc thÊp (trÞ sè l«gic ë møc “0’). NghÜa lµ ®Çu vµo Vi ë møc cao th× ®Çu ra Vo còng ë møc cao, ®Çu vµo vi ë møc thÊp th× ®Çu ra Vo còng ë møc thÊp, tøc lµ ®©u vµo vµ ®Çu vµo vµ ®Çu ra lµ nh­ nhau. C¸ch nèi thø hai lµ: lÊy Vi nèi gi÷a Vb vµ ®Êt, ®iÖan ¸p gèc chuÈn Vf nèi gi÷a Va vµ ®Êt. H×nh 1.4b - Uo Ub + Ua A Uo Uf Ui Khi Vi>Vf, ®Çu ra ë møc thÊp (trÞ sè l«gic lµ “0”) Khi Vi<Vf ®Çu ra ë møc cao (trÞ sè l«gic lµ “1”) C¸ch nèi nµy lµ ®Çu µo Vi ë møc cao, ®Çu ra Vo ë møc thÊp tøc lµ ®Çu vµo vµ ®Çu ra lµ ng­îc nhau. Gäi Va lµ ®Çu ®ång pha (+), Vb lµ ®Çu ®¶o pha (-) ë ®Çu vµo cña bé so s¸nh. Bé ph©n ¸p: do 3 ®iÖn trë 5kW nèi nèi tiÕp víi sai sè cùc nhá t¹o thµnh, t¸c dông cña nã lµ cung cÊp nguån ®iÖn ¸p gèc chuÈn Vf cho hai bé so s¸nh. Do ®Çu trªn cña nã nèi vãi nguån Vcc, ®Çu d­íi nèi ®Êt, cho nªn ®iÖn ¸p gèc chuÈn cña bé so s¸nh trªn V11 = Vcc cßn ®iÖn ¸p gèc chuÈn cña bé so s¸nh d­íi. V12 = Vcc Trong m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 555, ®iÖn ¸p V11 ®­îc gäi lµ trÞ sè ng­ìng, ®iÖn ¸p V12 lµ møc ®iÖn kÝch. Bé trig¬ R-S: nã lµ bé phËn chÝnh cña m¹ch ®iÖn gèc chuÈn th¬i gian 555, do hai cæng Vµ Kh«ng kÕt hîp t¹o thµnh, ®Çu vµo , cña nã yªu cÇu dïng kÝch bëi møc thÊp. Chøc n¨ng logic cña nã lµ: = 0, =1 th× bÊt chÊp tr¹ng th¸i ban ®Çu cña trig¬ nh­ thÕ nµo ®Çu a Q ®Òu bÞ ®Æt ë 0 (møc thÊp) = 1, =0 th× ®Çu ra Q cña bé trig¬ sÏ ®Æt ë 1 (møc cao). = 1, =1, tr¹ng th¸i nguyªn thuû cña trig¬ kh«ng thay ®æi, tøc lµ ®©u ra Q gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i. ë h×nh trªn ta thÊy ®Çu ra cña bé so s¸nh A1 nèi ®Çu vµo cæng Vµ Kh«ng 1, R, ®Çu ra bé so s¸nh A2 nèi vµo ®Çu vµo S cña cæng Vµ Kh«ng 2. Do bé trig¬ R-S t¹o thµnh bëi hai cæng Vµ Kh«ng, ph¶i dïng tÝn hiÖu cùc tÝnh ©m ®Ó kÝch. V× thÕ ®Æt tÝn hiÖu kÝch vµo ch©n 6 ®Çu ®¶o pha A1 cña bé so s¸nh, chØ khi nµo cã ®iÖn thÕ cao b»ng 2/3Vcc ®iÖn thÕ cña ch©n 5 ®Çu ®ång pha, bé trig¬ R-S míi lËt, cßm ®Æt vµo tÝn hiÖu kÝch ë ch©n 2 ®Çu ®ång pha A2 cña bé so s¸nh, khi nµo ®iÖn thÕ thÊp h¬n ®iÖn thÕ cña 1/3Vcc ë ®Çu ®¶o pha A2, trig¬ R-S míi lËt. Bé trig¬ R-S gåm cã ®Çu b»ng 0, chØ cÇn ®Çu ®Æt vµo mét møc thÊp, bÊt kÓ tr¹ng th¸i nguyªn thuû cña trig¬ lµ g×, còng kh«ng lÖ thuéc vµo transistor ®­a tÝn hiÖu nµo vµo, trig¬ còng lËp tøc bÞ ®Æt vÒ kh«ng. Cho nªn ®Çu còng ®­îc gäi lµ ®Çu phôc vÞ chung. Khi ®ang sö dông nªn nèi víi møc cao. §Çu ra: ®Ó IC lµm viÖc tèt, ®Çu ra Vo lÊy ra tõ ®Çu cña bé trig¬ R-S qua bé ®¶o pha khuyÕch ®¹i, n©ng cao ¸p cho phô t¶i IC, cã thÓ trùc tiÕp kÝch c¸c r¬le nhá . ChuyÓn m¹ch phãng ®iÖn: IC trong khi sö dông, cã liªn quan tíi viÖc n¹p phãng ®iÖn. VÝ dô: øng dông IC 555 dïng lµm m¹ch ®Þnh giê, th«ng th­êng ë ®Çu vµo, ®Çu TH cña bé so s¸nh trªn nèi cíi mét m¹ch ®iÖn phãng n¹p RC bªn ngoµi, nguån ®iÖn lµm viÖc th«ng qua ®iÖn trë R n¹p ®iÖn vµo tô C, khi tô C cã ®iÖn ¸p nÆp t¨ng tíi trÞ sè ng­ìng, tr¹ng th¸i ®Çu ra bé so s¸nh ph¸t sinh sù biÕn ®æi, lµm cho ®Çu ra cña bé trig¬ R-S tõ møc cao lËt thnhµ møc thÊp, sù biÕn ®æi møc ®iÖn ®Çu ra®ã lµ tÝn hiÖu ph©n biÖt ®Þnh giê, thêi gian ®Þnh giê ®­îc quyÕt ®Þnh b»ng h»ng sè thêi gian cña m¹ch RC n¹p ®iÖn. §Ó lµm cho m¹ch diÖn ®Þnh giê cã thÓ sö dông lËp l¹i, sau khi ohµn thiÖn mét lÇn ph©n biÖt, cÇn ph¶i ®Æt tô ®iÖn C cã ®iÖn tÝch cÇn ph¶i phãng hÕt, ®Ó chuÈn bÞ cho lÇn ph©n biÖt sau. V× thÐ trong IC 555thiÕt kÕ mét chuyÓn m¹ch b»ng bãng 3 cùc tinh thÓ, cùc gèc cña bãng nèi víi ®Çu cña bé trig¬ R-S. Cùc gãp nèi vµo ®Çu phãng ®iÖn (DIS), cùc ph¸t nèi ®Êt. Khi ®Çu ra cña IC 555 ë møc thÊp (Q = 0, =1) bãng ba cùc cùc gèc sÏ lµ møc cao, bãng ba cùc b·o hoµ dÉn th«ng, lµm cho ®Çu phãng ®iÖn nèi ®Êt lo¹i trõ sôt ¸p ë bãng. Khi dÇu ra ë møc cao ( =0), bãng ba cùc ng¾t, t­¬ng ®­¬ng víi ®Çu phãng ®iÖn (DIS) hë m¹ch, cho nªn bãng ba cùc cã t¸c dông chuyÓn m¹ch, cung cÊp cho tô C mét ®­êng th«ng phãng ®iÖn xuèng ®¸t. Bé tù ®éng ®iÒu khiÓn mùc n­íc. ¦ng dông cña m¹ch ®iÖn. M¹ch ®iÖn nµy dïng ®Ó ®iÒu khiÓn b¬m n­íc cho c¸c bÓ chøa n­íc tù ®éng, khi n­íc ®Çy sÏ ng­ng cÊp n­íc. Trong tr­êng hîp giÕng hoÆc nguån n­íc c¹n th× còng tù ®éng ngõng cÊp n­íc. Nguyªn lý m¹ch ®iÖn. M¹ch ®iÖn cã cÊu t¹o nh­ h×nh vÏ. Sau khi ®· nghiªn cøu cÊu t¹o cña IC555, sau ®©y lµ nguyªn lý cña m¹ch ®iÖn trong bé tù ®éng ®iÒu khiÓn mùc n­íc. Trong ®ã: A, B, C lµ c¸c ®iÖn cùc ®Çu dß mùc n­íc ë trong bÓ n­íc. D, Elµ c¸c ®iÖn cùc ®Çu dß mùc n­íc cña giÕng n­íc, hoÆc bÓ chøa n­íc ®Ó b¬m. J1 lµ R¬le nhá dïng ®Ó ®iÒu khiÓn (JQX-4). M lµ ®éng c¬ ®iÖn m¸y bom n­íc. J2 lµ bé tiÕp xóc m¸y xoay chiÒu. Khi møc n­íc ë trªn th¸p n­íc ®¹t tíi ®iÖn cùc A, gi÷a ®iÖn cùc A, B dÉn ®iÖn, IC555 ®Çu ch©n kÝch 2, ®iÖn thÕ ch©n 6 dÇu trÞ sè ng­ìng t¨ng lªn trªn 8V, ®Çu ra ch©n 3 cña IC555 sÏ ®­a ra møc thÊp, r¬le J1 tiÕp ®iÓm th­êng ®ãng, J1-1 sÏ nh¶, ng¾t nguån ®iÖn cña bé tiÕp xóc AC, ®éng c¬ M mÊt ®iÖn ng­ng viÖc b¬m n­íc lªn th¸p n­íc. Khi møc n­íc cña th¸p n­íc lªn ®iÖn cùc A, gi÷a ®iÖn cùc B, C sÏ dÉn th«ng, ®iÖn thÕ cùc A sôt xuèng 6V, vÉn duy tr× tr¹ng th¸i tøc lµ ngõng cÊp n­íc. Khi møc n­íc trong bÓ trong bÓ thÊp h¬n ®iÖn cùc B, gi÷a ®iÖn cùc B vµ C sÏ cã mét trë kh¸ng cao, ch©n 2 ®Çu kÝch cña IC555 cã ®iÖn thÕ gÇn tíi 0. NÕu lóc ®ã, møc n­íc trong bÓ chøa n»m ë trªn ®iÖn cùc D, gi÷a ®iÖn cùc D vµ E sÏ dÉn ®iÖn, ®iÖn thÕ ch©n 4 phôc vÞ cña IC555 n»m ë trªn 1V, th× ch©n 3 ®Çu ra cña IC555sÏ ë møc cao, r¬le J1 nh¶. TiÕp ®iÓm th­êng sÏ ®­¬c ®ãng, bé tiÕp xóc AC J2sÏ phãng ®iÖn vµ hót th«ng nguån ®iÖn 3 pha, ®ãng ®iÖn cho ®éng c¬ ®iÖn m¸y b¬m n­íc vµ b¾t ®Çu b¬m n­íc. NÕu møc n­íc ë giÕng n­íc lóc ®ã ë d­íi ®iÖn cùc D (tøc lµ giÕng n­íc c¹n), gi÷a ®iÖn cùc D vµ E kh«ng th«ng (hë m¹ch), ch©n 4 ®Çu phôc vÞ cña IC555 sÏ qua biÕn trë Wnèi ®Êt vµ n»m ë tr¹ng th¸i phôc vÞ, lóc ®ã ®Çu ra ch©n 3 cña nã sÏ ®­a ra nøc thÊp, r¬le J1 hót, tiÕp ®iÓm th­êng J1-1 nh¶, ®iÓm tiÕp xóc Ac J2 mÊt ®iÖn nh¶, nguån ®iÖn 3 pha bÞ ng¾t, ®éng c¬ M bÞ ng¾t ®iÖn vµ ngõng b¬m n­íc. VÞ trÝ ®iÖn cùc D, E trong bÓ n­íc ph¶i cao h¬n vÞ trÝ trÞ sè ng­ìng cña møc nèi th«ng ®iÒu khiÓn møc n­íc cña giÕng. ~ 300V +12V JQX-4 D 2CP J1 J1-1 J2-1 8 6 J2-2 J2-3 2 R1 100k A C B J2 IC 555 3 R2 100k M 1 5 4 E D W C 0,01mF S¬ ®å m¹ch ®iÖn ®iÒu chØnh mùc n­íc Lùa chän linh kiÖn N¨m ®iÖn cùc A, B, C, D, E cã thÓ dïng d©y ®ång, còng cã thÓ dïng c¸c l¸ ®ång hoÆc l¸ nh«m h×nh ch÷ nhËt. R¬le cã thÓ dïng loai JQX-4, ®iÖn ¸p lµm viÖc lµ 12V. IC555 cã thÓ chän lo¹i NE555, 5GI555 ®Òu ®­îc. L¾p r¸p vµ ®iÒu chØnh Khi ®iÒu chØnh ®Æt c¸c ®iÖn cùc A ~ E ë ®óng c¸c vÞ trÝ trong bÓ n­íc vµ trong nguån n­íc. §iÒu chØnh biÕn trë W lµm cho IC555 tõ tr¹ng th¸i phôc vÞ võa tíi lóc cã thÓ b­íc vµo tr¹ng th¸i gi¶i trõ C¸c tham sè chÝnh cña IC555 Cã hai lo¹i: kiÓu Song cùc vµ kiÓu CMOS, cã mét sè kh¸c biÖt trong lùa chän linh kiÖn khi l¾p m¹ch, C«ng suÊt tiªu hso cña IC555 theo kiÓu CMOS chØ lµ mét phÇn mÊy chôc so víi kiÓu song cùc, dßng ®iÖn tr¹ng th¸i chuÈn kho¶ng 200mA, lµ linh kiÑn cã c«ng suÊt tiªu hao thÊp. §iÖn ¸p nguån Vcc cña IC555 theo kiÓu CMOS cã thÓ thÊp tíi 2 ~ 3V. S­ên t¨ng lªn vµ s­ên gi¶m xuèng cña m¹ch xung ®­a ra cña IC555 theo kiÓu CMOS tèt h¬n so víi kiÓu song cùc, thêi gian chuyÓn ®æi ng¾n. Thêi gian qu¸ ®é truyÒn ®¹t ë trong IC555 theo kiÓu CMOS sinh ra dßng ®iÖn sôt ¸p dßng ®iÖn ®Ønh chØ lµ 2 ~ 3 mA, cßn dßng ®iÖn kiÓu song cùc cao tíi 300 ~ 400 mA. Trë kh¸ng ®Çu vµo cña IC555 theo kiÓu CMOS cao gÊp nhiÒu lÇn so víi kiÓu song cùc (cao tíi 1010 W). N¨ng lùc kÝch cña IC555 theo kiÓu CMOS kÐm, dßng ®iÖn ®­a ra chØ 1 ~ 3 mA, dßng ®iÖn kÝch ®Çu ra theo kiÓu song cùc cã thÓ ®¹t tíi 200 mA. Tuy nhiªn kiÓu CMOS vµ kiÓu song cùc ®Òu cã ®iÓm chung. Tªn tham sè Ký hiÖu KiÓu song cùc KiÓu CMOS §¬n vÞ §iÖn ¸p nguån Vcc hoÆc Vdd 4,5 ~ 16V 3 ~ 15V V Dßng ®iÖn Icc hoÆc Idd 10 0,2 mA Dßng ®iÖn thiªn trÞ Is 1mA 1pA mA, pA Dßng ®iÖn phôc vÞ chÝnh Imr 400mA 100pA mA, pA Dßng ®iÖn phôc vÞ Ir 1mA 100pA mA, pA Dßng ®iÖn kÝch Iv 200 1 ~ 20 vµ Vcc lín nhá cã liªn quan mA Dßng phãng ®iÖn 200 1 ~ 50 vµ Vcc lín nhá cã liªn quan mA §é chÝnh x¸c thêi gian 1 1 %/V TÇn sè lµm viÖc cao nhÊt fmax 500 500 kHz Chøc n¨ng cña chóng c¬ b¶n lµ nh­ nhau, trong ®¹i ®a sè tr­êng hîp chóng cã thÓ trùc tiÕp thay thÕ cho nhau. C¶ hai ®Òu sö dông nguån ®iÖn ®¬n thÝch øng víi ph¹m vi ®iÖn ¸p lín, cã thÓ sö dông chung nguån ®iÖn vãi m¹ch ®iÖn logic sè kiÓu CMOS, TTL, HTL. Møc ®iÖn ¸p ë cña IC555 cã thÓ nèi trùc tiÕp víi m¹ch ®iÖn TTL, HTL, CMOS. Anh h­ëng cña viÖc biÕn ®æi ®iÖn ¸p nguån ®iÖn ®èi víi tÇn sè dao ®éng vµ ®é chÝnh x¸c víi thêi gian nhá. ¶nh h­ëng víi ®é chÝnh x¸c thêi gian chØ lµ 0,05%V, tÝnh æn ®Þnh ®èi víi nhiÖt tèt. Tr«i nhiÖt ®é kh«ng cao h¬n 50pp/oC Ngoµi ra dßng ®iÖn trÞ sè ®Ønh xung kÝch trong m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 555 (IC555) theo kiÓu song cùc lín, trong tr­êng hîp cô thÓ cña øng dông ta cã thÓ thªm vµo tô ®iÖn bé läc nguån cã ®iÖn dung lín. Do trë kh¸ng ®Çu vµo cña IC555 theo kiÓu song cùc thÊp h¬n trë kh¸ng ®Çu vµo theo kiÓu CMOS nhiÒu, v× thÕ ®Çu ra c«ng suÊt ®iÒu khiÓn ®iÖn ¸p cña kiÓu song cùc nªn g¾n thªm mét tô ®iÖn khö ghÐp (0,01 ~ 0,1mF) cßn ®èi víi lo¹i CMOS th× kh«ng cÇn thiÕt. Trë khnsg ®Çu vao cña IC555 theo kiÓu CMOS cao tíi 1010W, cã thÓ trùc tiÕp kÝch c¸c phô t¶i trë kh¸ng cao, rÊt thÝch hîp trong c¸c m¹ch ®iÖn cã thêi gian trÔ dµi, h»ng sè thêi gian kh¸ lín, cßn theo kiÓu song cùc cã thÓ trùc tiÕp kÝch phô t¶i trë kh¸ng thÊp nh­ c¸c r¬le c¶m tÝnh, c¸c ®éng c¬ ®iÑn vµ loa. M¹ch ®iÖn tÝch hîp gèc chuÈn thêi gian 556 bªn trong nã bao gåm hai module gèc chuÈn thêi gian ®¬n tøc lµ t­¬ng ®­¬ng víi hai m¹ch IC555, nh­ng c¶ hai ®Òu ®éc lËp víi nhau chØ cã nguån ®iÖn dïng chung Vdd ( gièng nh­ Vcc), vµ ®iÖn thÕ ®Êt Vss. Ta cã hai b¶ng tr×nh bµy c¸c tham sè cña c¸c IC d­íi ®©y. C¸c tham sè cña m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian 556 ( hai IC555) ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng sau. Tªn tham sè Ký hiÖu §iÒu kiÖn TrÞ sè quy ph¹m §¬n vÞ TrÞ s« nhá nhÊt TrÞ sè ®iÓn h×nh TrÞ sè lín nhÊt §iÖn ¸p nguån Vcc hoÆc Vdd -20oC£ T £+70o 3 16 V Dßng ®iÖn tr¹ng th¸i tÜnh Icc hoÆc Idd Vcc=15V 600 1200 mA §é chÝnh x¸c ban ®Çu 5V£Vcc£15V 2,0 5,0 % Tr«i nhiÖt ®é Vcc =15V 600 Ppm oC Tr«i nguån ®iÖn Vcc =15V 1,0 3,0 %V §iÖn ¸p ®Çu trÞ sè ng­ìng Vcc =15V Vcc V §iÖn ¸p ®Çu kÝch Vcc =15V Vcc V Dßng ®iÖn ®Çu kÝch Vcc =15V 50 PA Dßng ®iÖn ®Çu trÞ sè ng­ìng Vcc =15V 50 PA §iÖn ¸p ®Çu phôc vÞ Vcc =15V 0,4 0,7 1,0 V Dßng ®iÖn ®Çu phôc vÞ Vcc =15V 100 PA §iÖn ¸p ra 0,1 0,4 V 14 14,8 V TÇn sè dao ®éng lín nhÊt 500 KHz Tham sè tÝnh n¨ng cña m¹ch ®iÖn gèc chuÈn thêi gian NE555 vµ SE555 ®­îc tr×nh bµy trong b¶ng sau Tªn tham sè §¬n vÞ §iÒu kiÖn ®o SE555 NE555 TrÞ sè nhá nhÊt TrÞ sè ®iÓn h×nh TrÞ sè lín nhÊt TrÞ sè nhá nhÊt TrÞ sè ®iÓn h×nh TrÞ sè lín nhÊt §iÖn ¸p nguån ®iÖn V Vss = 0 4,5 18 4,5 16 Dßng ®iÖn nguån ®iÖn mA Vcc=5V Ngâ thÊp, kh«ng t¶i 3 5 3 6 Vcc=5V kh«ng t¶i 10 12 10 15 Sai sè ®Þnh giê §é chÝnh x¸c ban ®Çu % 0,5 2 1 Tr«i nhiÖt ®é 30 100 50 Tr«i nguån ®iÖn %V 0,005 0,02 0,01 §iÖn ¸p trÞ sè ng­ìng V Vcc §iÖn ¸p kÝch V Vcc=15V 4,8 5 5,2 5 Vcc=5V 1,45 1,67 1,9 1,67 Dßng ®iÖn kÝch mA 0,5 0,5 §iÖn ¸p phôc vÞ V 0,4 0,7 1,0 0,4 0,7 1,0 Dßng ®iÖn phôc vÞ mA 0,1 0,1 Dßng ®iÖn trÞ sè ng­ìng mA Vcc=15V 0,1 0,25 0,1 0,25 §iÖn ¸p ®iÒu khiÓn V Vcc=15V 9,6 10 10,4 9 10 11 Vcc=5V 2,9 3,33 3,6 2,6 3,33 4 Møc ®iÖn ¸p ra thÊp V Vcc=15V 10 mA 0.1 0.15 0.1 0.25 50 mA 0.4 0.5 0.4 0.75 100 mA 20 22 20 25 Vcc=5V 8 mA 0.1 0.25 6 mA 0.25 0.25 Isink Møc ®iÖn ¸p ra cao V Is=200mA Vcc=15V 125 125 Is = 100 mA Vcc=15V 13,0 13,0 12,75 13,3 Vcc=5V 3,0 3,3 2,75 3,3 §Çu ra thêi gian t¨ng lªn ns 100 100 §Çu ra thêi gian gi¶m xuèng ns 100 100 ¦ng dông cña IC555 ®­îc chia thµnh ba lo¹i: bé dao ®éng ®a hµi, bé kÝch tr¹ng th¸i æn ®Þnh ®¬n vµ trig¬ R-S. Nguyªn lý m¹ch ®iÖn. Dïng IC555 cã thÓ t¹o thµnh bé dao ®éng ®a hµi tù kÝch ®­îc tr×nh bµy trong h×nh vÏ d­íi ®©y. VCC 4 8 RA V0 3 7 IC555 5 6 RB UC 0,01mF 2 1 C 0,1mF M¹ch ®iÖn bé dao ®éng Khi nèi th«ng nguån ®iÖn, ®iÖn ¸p nguån Vcc th«ng qua ®iÖn trë Ra vµ Rb n¹p cho tô ®iÖn C, ch©n 7 ®Çu phãng ®iÖn sÏ phãng ®iÖn th«ng qua ®iÖn trë Rb. Khi tô ®iÖn C b¾t ®Çu n¹p ®iÖn, ®Çu kÝch ch©n 2 ë møc 0 vµ ®Çu ra vÉn ë møc cao (nÕu Vcc = +5V th× ®Çu ra lµ 4,5V), khi nguån ®iÖn qua Ra, Rb n¹p ®iÖn cho tô th× ®iÖn ¸p Vc lín h¬n hoÆc b»ngVcc, ®©u ra tõ møc cao chuyÓn thµnh møc thÊp, tô ®iÖn C qua Rb vµ ch©n 7 phãng ®iÖn cho tíi khi Vc ³ Vcc, ®Çu ra tõ møc thÊp chuyÓn thµnh møc cao, tô ®iÖn C l¹i mét lÇn n÷a n¹p ®iÖn. Cø tuÇn hoµn nh­ vËy, n¹p vµ phãng ®iÖn, t¹o thµnh mét m¹ch dao ®éng víi c¸c tham sè. Thêi gian n¹p ®iÖn t1 = 0,693 (RA + RB).C Thêi gian phãng ®iÖn. t2 = 0,693 (RB.C) Chu kú dao ®éng chung. T = t1 + t2 = 0,693.(RA+2RB).C TÇn sè dao ®éng cña bé dao ®éng tù kÝch. f = TrÞ sè chiÕm trèng lµ: D = t1/T = (RA+RB)/(RA+2RB) Khi thay ®æi RA, RB cã thÓ thay ®æi trÞ sè chiÕm trèng cña tÇn sè dao ®éng, tÇn sè dao ®éng trong m¹ch ®iÖn thùc tÕ cã thÓ dao ®éng trong kho¶ng tõ 10-3 Hz ~ 500kHz, trÞ sè chiÕm trèng cã thÓ ®iÒu chØnh trong ph¹m vi 0,01% ~ 99,99%. Khi RB >> RA, trÞ sè chiÕm trèng D = 50% Bé dao ®éng sãng vu«ng (h×nh vÏ bªn d­íi ®©y) dïng mét ®iÖn trë R nèi tíi ch©n 3 ®Çu ra, thùc hiÖn viÖc n¹p phãng ®iÖn. §Æc biÖt thÝch hîp víi møc ®iÖn ¸p ra gÇn víi Vcc. Khi ®ã thêi gian n¹p vµ phãng cña tô C cã c¸c tham sè lµ: Thêi gian n¹p t1 = 0,693.RC Thêi gian phãng t2 = 0,693.RC Chu kú T = t1+ t2 VCC RL 3 8 4 V0 6 R IC555 7 2 C Bé dao ®éng sãng vu«ng TÇn sè f = Chän R trªn 10 kW, ®Ó tr¸nh dßng ®iÖn n¹p vµ phãng qu¸ lín, ®iÖn ¸p ra sôt ¸p qu¸ nhiÒu. T¸c dông cña RL lµ n©ng møc ®iÖn ¸p lªn, lµm cho nã gÇn víi Vcc. Khi sö dông m¹ch nµy, ®Çu ra nÕu kÝch phô t¶i nÆng th× trÞ sè ®Ønh ®iÖn ¸p ra sÏ nhá vµ kh«ng æn ®Þnh, nªn tr¸nh tr­êng hîp nµy. Bé dao ®éng sãng vu«ng, d­íi t¸c dông cña thiªn trÞ R1 vµ transistor (h×nh vÏ d­íi ®©y) sÏ dÉn th«ng ®Çy ®ñ, khi tô C phãng ®iÖn, transistor Q ng¾t, tô C th«ng qua ®iÖn trë R, diode chuyÓn m¹ch D vµ transistor bªn trong IC phãng ®iÖn. NÕu kh«ng tÝnh ®Õn sôt ¸p bªn trong transistor IC th× m¹ch nµy cã c¸c tham sè sau. Thêi gian n¹p ®iÖn. t1 = 0,693.RC Thêi gian phãng ®iÖn. t2 = 0,693.RC Chu kú T = t1+ t2 VCC R1 8 4 Q 7 IC555 6 V0 D2CK 3 R 2 1 C Bé dao ®éng sãng vu«ng Tû sè chiÕm trèng. D = 50% TÇn sè f = Nguyªn lý lµm viÖc cña bé Trig¬ tr¹ng th¸i ®¬n æn (trig¬ ®¬n æn). NÕu IC555 nèi víi mét sè ®iÖn trë, tô ®iÖn, linh kiÖn bªn ngoµi th× cã thÓ h×nh thµnh 3 h×nh thøc lµm viÖc c¬ b¶n: tr¹ng th¸i ®¬n æn, tr¹ng th¸i song æn vµ tr¹ng th¸i kh«ng æn ®Þnh, tæ hîp chóng cã thÓ t¹o thanh c¸c lo¹i m¹ch ®iÖn thùc dông kh¸c nhau. (h×nh vÏ bªn d­íi) Bé kÝch tr¹ng th¸i ®¬n æn do IC555 vµ m¹ch ®iÖn phãng n¹p RC nèi bªn ngoµi t¹o thµnh nh­ trong hinh 1.7a. §Çu c­ìng chÕ phôc vÞ ch©n 4 MR nèi víi Vcc, ®Çu trÞ sè ng­ìng ch©n 6 vµ ®Çu phãng ®iÖn ch©n 7 nèi song song ë trong m¹ch ®Þnh giê RC. Khi cung cÊp nguån ®iÖn, m¹ch ®iÖn cÇn cã mét qua tr×nh æn ®Þnh, tøc lµ ®iÖn ¸p ®i qua ®iÖn trë R vµ n¹p vµo tô C. Khi Vc t¨ng ®Õn trÞ sè ng­ìng Vcc, bé trig¬ phôc vÞ, ®Çu ra ch©n 3 ®­a ra møc thÊp (Vo = 0), transistor dÉn ®iÖn, tô C phãng ®iÖn, m¹ch ®iÖn b­íc vµo tr¹ng th¸i æn ®Þnh. VCC 2 8 4 R 7 IC555 5 6 C 3 1 V0 0,01mF VC Bé trig¬ tr¹ng th¸i ®¬n æn Khi ë ®Çu kÝch ch©n 2 ®Æt vµo mét xung ©m, m¹ch ®iÖn b­íc vµo tr¹ng th¸i ng¾t, ®Çu ra ch©n 3 sÏ ®­a ra møc cao (Vo = 1). Khi tÝn hiÖu xung ë ch©n 2 mÊt, ®Çu ra cña trig¬ vÉn kh«ng thay ®æi, nÕu ®Çu ra ch©n 3 cña IC555 vÉn ë møc cao th× trong kho¶ng thêi gian ng¾n do transistor phãng ®iÖn gÊp, ®iÖn ¸p nguån ®iÖn Vcc th«ng qua ®iÖn trë R n¹p cho tô C, Vc cã trÞ sè t¨ng theo c«ng thøc. Vc (t) = Vcc (1 + e-1/ RC) Khi ®iÖn ¸p trªn tô C n¹p tíi Vcc, ®Çu ra ch©n 3 cña IC555 sÏ ë møc thÊp, transistor më, ®iÖn ¸p trªn tô qua transistor nhanh chãng phãng ®iÖn tíi møc thÊp, m¹ch ®iÖn trë vÒ tr¹ng th¸i ban ®Çu Trong tr¹ng th¸i æn ®Þnh ng¾t, gäi td lµ ®é réng xung cña Vo ta cã. Vcc = Vcc.(1 – e-td/RC) Bé trig¬ tr¹ng th¸i ®¬n æn cã c¸c ®Æc ®iÓm nh­ sau: M¹ch ®iÖn cã mét tr¹ng th¸i më (møc thÊp), vµ mét tr¹ng th¸i ng¾t (møc cao). Khi ®Æt mét m¹ch xung kÝch bªn ngoµi ®Çu kÝch ch©n 2, m¹ch trig¬ ë tr¹ng th¸i ®¬n æn bÞ kÝch vµ lËt, ®Çu ra ®­a ra tõ møc thÊp chuyÓn thanh møc cao, tøc lµ m¹ch tõ tr¹ng th¸i æn ®Þnh chuyÓn sang tr¹ng th¸i ng¾t. Tuú theo sù tiÕn hµnh n¹p ®iÖn, khi Vc = Vcc, m¹ch ®iÖn tù ®éng ph¶n håi vÒ tr¹ng th¸i æn ®Þnh, ®Çu ra ch©n 3 chuyÓn tõ møc cao vÒ møc thÊp Lùa chän c¸c linh kiÖn cho m¹ch lµm viÖc æn ®Þnh Lùa chän ®iÖn trë R ®Þnh giê. Dßng ®iÖn b¾t ®Çu cña R kh«ng lín h¬n 5mA, trÞ sè lín nhÊt cña R quyÕt ®Þnh ë dßng ®iÖn trÞ sè ng­ìng cÇn thiÕt cña bé so s¸nh A1, trÞ sè nµy th­êng lµ 1mA. Trong tr­êng hîp ®iÖn ¸p nguån ®· ®Þnh th× chØ cÇn thay ®æi trÞ sè cña ®iÖn trë R lµ ta cã thÓ thay ®æi thêi gian ®Þnh giê. Lùa chän tô ®iÖn ®Þnh giê C. Tô ®iÖn sö dông nªn lín h¬n tô ®iÖn kÝ sinh gi÷a trÞ sè ng­ìng vµ ®iÖn ¸p phãng. §Ó ®¶m b¶o sù æn ®Þnh trÞ sè ®Þnh giê, th­êng ®­îc chän lµ 100pF hoÆc lín h¬n. §iÖn dung lín nhÊt ®­îc chän th«ng th­êng ®­îc x¸c ®Þnh bëi dßng ®iÖn rß, nãi chung khi ®iÖn dung cµng lín th× dßng ®iÖn rß còng t¨ng theo, do ®ã nªn chän tô ®iÖn thÝch hîp. N¨ng lùc kÝch Dßng ®iÖn kÐo vµ dßng ®iÖn hoµ nhËp phô t¶i kh«ng nªn v­ît qu¸ 200mA ®Ó kh«ng lµm háng IC. Phô t¶i mang tÝnh c¶m. Khi phô t¶i lµ ®éng c¬ ®iÖn nhá hoÆc lµ c¸c r¬le, trong kho¶ng th¬ig gian ng¾n kÕt thóc ®Þnh giê, hai ®Çu cuén d©y sÏ xuÊt hiÖn mét ®iÖn thÕ t­¬ng ®èi lín do ®ã nªn nèi song song ë trªn cuén d©y mét diode D ®Ó lµm yÕu ®iÖn thÕ ng­îc ®ã. §é réng xung kÝch. §Æt mét xung vµo ®Çu kÝch ch©n 2 nªn lµ xung ©m, ch©n 2 ®Çu kÝch th­êng ®­îc nèi víi mét m¹ch vi ph©n.