Điện tử ứng dụng - THS. Nguyễn Văn Hiệp.

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

1.104
lượt xem 337
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cuốn sách Điện tử ứng dụng được thiết kế cho sinh viên hệ không chuyên (lĩnh vực điện tử) như ngành Kỹ thuật công nghiệp, cơ khí, công nghệ thông tin,... nó trang bị cho người đọc một phần những kiến thức cơ bản, nền tảng và được trình bày dễ đọc, dễ hiểu và không quá trừu tượng. Sách gồm chương: Các linh kiện giao tiếp, Cảm biến quang, Bộ chuyển đổi tương tự số, Cảm biến nhiệt độ và ứng dụng, IC thu phát ngữ âm, Bộ nhớ bán dẫn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Điện tử ứng dụng - THS. Nguyễn Văn Hiệp.

2010 ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM THS. NGUYỄN VĂN HIỆP ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay có thể nói lãnh vực điện tử đã và đang mang đến cho chúng ta những sản phẩm công nghệ cải thiện đáng kể trong đời sống vật chất và tinh thần. Các ứng dụng của nó trở nên quá gần gũi và nhƣ là một nhu cầu gần nhƣ không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Các sản phẩm tồn tại và đang hoàn thiện phát triển một cách nhanh chóng. Thử tƣởng tƣợng một ngày nào đó bỗng dƣng xung quanh ta không còn chiếc tivi, máy vi tính, máy điện thoại, nồi cơm điện, máy điều hòa hay một cái máy quạt…thì cuộc sống bỗng trở nên “khó khăn” hơn đến mức nào?! Tuy nhiên mặc dù những thiết bị trên thân thuộc, gần gũi nhƣ thế nhƣng hầu hết ngƣời sử dụng không biết bên trong nó là gì, nguyên lý hoạt động ra sao,…Đó cũng là điều dễ hiểu bởi vì đâu phải ngƣời sử dụng nào cũng có kiến thức, sự hiểu biết nhất định về lãnh vực điện tử. Quyển sách này không mang tham vọng sẽ đƣa đến cho ngƣời đọc những kiến thức bách khoa, toàn diện, chuyên sâu về tất cả các thiết bị điện tử hiện nay vì đó là điều không thể! Quyển sách đƣợc thiết kế cho sinh viên hệ không chuyên (lãnh vực điện tử) nhƣ ngành Kỹ thuật công nghiệp, cơ khí, công nghệ thông tin.., nó trang bị cho ngƣời đọc một phần những kiến thức cơ bản, nền tảng và đƣợc trình bày sao cho dễ đọc, dễ hiểu và không quá trừu tƣợng. Mặc dù nội dung không chuyên sâu nhƣng qua quyển sách ngƣời đọc có thể hiểu đƣợc những linh kiện cơ bản, các ứng dụng và phát triển của nó. Vì thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn quyển sách này còn rất nhiều sai sót, rất mong sự góp ý chân thành của quý thầy cô, đồng nghiệp và các bạn sinh viên. Liên hệ email: thewind030282@gmail.com Tác giả Ths. Nguyễn Văn Hiệp 1
Chƣơng 1 Các Linh Kiện Giao Tiếp Trong phần này, các kiến thức đƣợc trình bày cơ bản, không quá chuyên sâu về mặt lý thuyết nhƣng nó đem đến ngƣời đọc một sự khái quát cần thiết và có thể vận dụng. Sau chƣơng này, ngƣời đọc có khả năng: - Nhận dạng đƣợc các sơ đồ mạch, mô tả hoạt động và tính toán ngõ ra bộ khuếch đại đảo, không đảo, bộ cộng (Op-amp) và mạch khuếch đại transistor lƣỡng cực. - Nhận dạng sơ đồ mạch tích phân, mạch vi phân dùng Op-amp và vẽ dạng sóng ngõ ra khi tín hiệu ngõ vào khác nhau đƣợc đƣa vào. - Với các tín hiệu vào cho trƣớc, vẽ kết quả ngõ ra của mạch khuếch đại vòng hở, khuếch đại sai biệt và bộ so sánh dạng số. - Mô tả khả năng tạo dạng sóng và đặc tính hoạt động của mạch Schmitt trigger. - Giải thích cách đóng ngắt của transisstor và thyristor bán dẫn, vẽ tín hiệu ngõ ra bộ điều chế. - Lắp ráp mạch đơn ổn và dao động đa hài dùng mạch tích hợp 555 và tính toán để xác định ngõ ra. Giải thích đƣợc nguyên lý hoạt động của mạch. 2
1 BỘ KHUẾCH ĐẠI: Độ khuếch đại là một hàm điều khiển đƣợc sử dụng bởi nhiều loại thiết bị công nghiệp. Khuếch đại bao gồm việc chuyển đổi tín hiệu yếu trở thành tín hiệu công suất cao. Ví dụ, ngõ ra của bộ điều khiển, chẳng hạn nhƣ bộ vi xử lý máy tính, dùng để điều khiển một van servo đòi hỏi tín hiệu điều khiển lớn để vận hành. Bộ khuếch đại đƣợc thực hiện bởi một vài thiết bị ở trạng thái rắn. Một số bộ khuếch sẽ đƣợc mô tả bao gồm transistor lƣỡng cực và bộ khuếch đại thuật toán. 1.1 Transistor Transistor đƣợc cấu trúc xếp, một lớp mỏng của một loại vật liệu bán dẫn nằm giữa hai lớp của một loại vật liệu bán dẫn loại khác. Ví dụ, transistor NPN hình 2-1(a) cấu tạo bởi một lớp vật liệu P (positive) nằm giữa hai lớp vật liệu N (negative). Transistor PNP hình 2-1(b) có dạng ngƣợc lại. Ba lớp này đƣợc định nghĩa gồm emitter (E)(cực phát), base (B)(cực nền), và collector (C)(cực thu). Hình 1-1(c) là ký hiệu cấu trúc của NPN và PNP transistor. Điểm khác nhau duy nhất là sự định hƣớng mũi tên cực E. Mũi tên cực E của transistor NPN hƣớng từ B sang E, trong khi transistor PNP có hƣớng ngƣợc lại. Transistor có hai mối nối PN nên đƣợc gọi là transistor lƣỡng cực. Một mối nối đƣợc cho là base-emitter, mối nối còn lại là base-collector. Để bộ điều khiển hoạt động, hai mối nối PN phải có một chênh lệch điện áp DC. Hình 1-1: Transistor lưỡng cực Hình 1-2, transistor NPN với mối nối B-E phân cực thuận và mối nối B-C phân cực nghịch. Dòng điện chạy qua mối nối B-E có hƣớng nhƣ phân cực thuận diode, từ cực âm sang cực dƣơng của nguồn 1. Tuy nhiên, nếu vùng B mỏng và có tạp chất thì nó có giới hạn số lƣợng lỗ trống. Cho nên sẽ chỉ có một số ít phần trăm trong tổng số electron ở cực E liên kết với lỗ trống chảy qua cực B. Số electron còn lại không có chỗ để đi ngoại trừ đi xuyên qua mối nối B-C. Chúng tiếp tục đi qua vùng C đến cực dƣơng của nguồn 2. Khi điện áp nguồn 1 thay đổi thì dòng điện qua cực B thay đổi. Độ lớn dòng điện cực B quyết 3
định điện trở giữa E và C. Điện áp tại B càng cao thì dòng điện qua B càng nhiều tƣơng ứng với điện trở giữa E-C càng thấp. Transistor hoạt động giống nhƣ vòi nƣớc ở Hình 1-3. Cực E là ngõ vào, C là ngõ ra. Cực B là van điều khiển dòng điện chảy qua. Dòng B-E điều khiển đƣờng dòng điện chính giữa E và C. Một vài mili-ampe của dòng B có thể điều khiển vài trăm mili-ampe của dòng điện C. Hình 1-2: Sự phân cực của transistor NPN Hình 1-3: Transistor hoạt động như vòi nước. 4
- Thay thế cho việc dùng nguồn pin để phân cực cho mối nối transistor, một mạng điện trở và một nguồn DC (hình 2-4(a)) đƣợc sử dụng. Điện trở R1 và R2 là mạch phân áp cung cấp điện áp cho cực B. Điện trở RL mắc nối tiếp với trasistor dẫn điện. Tín hiệu ngõ vào Vin cấp vào cực B. Ngõ ra bộ khuếch đại đƣợc xác định là giữa cực C và mass, kết quả là điện áp tại C biến thiên. - Khi Vin càng dƣơng, thể hiện giữa thời gian T1 và T2 của dạng sóng trong Hình 1-4(b), dòng điện B tăng lên. Dòng điện C tăng lên, độ sụt áp Ic.Rc cũng tăng, làm cho điện áp cực C giảm xuống (vì Vout = Vcc – Ic.Rc). Tƣơng tự, khi điện áp ngõ vào giảm xuống, dòng điện B thấp, dòng điện C giảm. Kết quả là Ic.Rc giảm nên điện áp cực C tăng lên. 5
Hình 1-4: Bộ khuếch đại Transistor NPN. - Dạng sóng thể hiện sự đảo pha 180 độ giữa điện áp vào và tín hiệu ngõ ra. Dạng sóng chỉ ra sự khuếch đại từ khi điện áp biến đổi nhỏ ở ngõ vào làm cho điện áp biến đổi lớn ở ngõ ra. Điện áp dƣơng càng cao cấp cho transistor NPN làm cho transistor càng dẫn mạnh. Khi điện áp đạt mức ngƣỡng cao, transistor sẽ ở chế độ bão hòa vì nó không thể dẫn đƣợc dòng điện cao hơn nữa. Khi đó điện áp gần bằng 0V sẽ đƣợc đọc ở ngõ ra. Giống nhƣ vậy, khi ngõ vào giảm điện áp, B-E không thể phân cực thuận và dòng điện C cũng không còn. Điện trở giữa E-C tăng đến vô cực. Chế độ đó gọi là chế độ ngắt do Transistor giảm điện áp cung cấp, giống nhƣ một công tắc mở. - Một transistor PNP hoạt động theo hƣớng ngƣợc lại. Điện áp âm cấp vào ngõ vào B làm cho transistor dẫn mạnh. điện áp dƣơng sẽ làm transistor dẫn yếu hơn. Tóm lại: Ở phần này, tác giả chỉ muốn nhắc lại nguyên tắc cơ bản nhất hoạt động của một transistor lƣỡng cực. Những phần tính toán các mạch khuếch đại cụ thể không phải mục đích chính ở phần này. 1.2 Bộ khuếch đại thuật toán: Một bộ khuếch đại rất linh hoạt là bộ khuếch đại thuật toán: operational amplifier (op-amp). Op-amp phổ biến nhất là uA741 đƣợc tích hợp sẵn trong một IC 8 chân. Nó có 3 đặc tính quan trọng của Op-amp là tạo ra các bộ khuếch đại lý tƣởng có: o Tổng trở ngõ vào cao. o Hệ số khuếch đại điện áp cao. o Tổng trở ngõ ra thấp. Hình 1-5 thể hiện ký hiệu chuẩn của op-amp uA741. Đƣợc biểu diễn bởi hình tam giác, op-amp có hai ngõ vào gắn ở cạnh bên trái và một ngõ ra gắn ở đỉnh của hình tam 6
giác. Thông thƣờng, op-amp có hai chân cấp nguồn riêng biệt. Một chân gắn ở cạnh trên tam giác, kết nối với nguồn dƣơng, chân còn lại nối với nguồn âm. Hai nguồn này cho phép điện áp ngõ ra dao động với một trong hai điện áp âm hoặc dƣơng so với mass. Hình 1-5: Ký hiệu chuẩn cưa OP-AMP Một ngõ vào có dấu trừ gọi là ngõ vào đảo, vì bất cứ tín hiệu DC hay AC cấp vào nó cũng bị đảo pha 180 độ ở tín hiệu ngõ ra. Ngõ vào còn lại có dấu cộng gọi là ngõ vào không đảo; bất cứ tín hiệu DC hay AC cấp vào nó cũng cùng pha với tín hiệu ở ngõ ra. Khi linh kiện ngoài kết nối với ngõ vào và ngõ ra, op-amp có khả năng làm việc với nhiều chức năng . Cách kết nối linh kiện sẽ xác định chức năng làm việc của op-amp. 1.2.1 Bộ khuếch đại đảo: Đặc tính của op-amp là có thể khuếch đại điện áp khoảng 200,000 lần. Tuy nhiên, điện áp ngõ ra không thể vƣợt quá 80 phần trăm điện áp nguồn cung cấp. Ví dụ, điện áp tối đa ở ngõ ra của op-amp ở hình 1-5 là +5V và -5V vì điện áp nguồn là +6.26V và - 6.25V. Cho nên, nó chỉ khuếch đại từ 25uV ngõ vào thành +5V hay -5V ở ngõ ra tùy thuộc vào chiều phân cực tín hiệu ngõ vào và đầu cấp tín hiệu đƣa đến opamp. Tuy nhiên, op-amp đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng yêu cầu độ khuếch đại điện áp nhỏ hơn 200,000. Trong kỹ thuật gọi đó là hồi tiếp (Feedback) đƣợc dùng để điều khiển độ khuếch đại của thiết bị, nó đƣợc hình thành bằng cách nối điện trở từ ngõ ra trở đến một ngõ vào. Mạch hồi tiếp âm đƣợc thể hiện bởi hình 1-6. Nó hoạt động nhƣ sau: o Cả hai ngõ vào đều có trở kháng cao; cho nên nó không cho phép dòng điện chạy vào hoặc ra. 7
Hình 1-6: Khuếch đại đảo Áp dụng định luật K1 tại nút VG ta có : IIN = IF Mà VG = V+ = 0 v nên ta có o Điện áp ở ngõ vào trừ gọi là “0-volt virtual ground” (tạm dịch là mass 0V ảo) (vì nó tác động giống nhƣ mass 0V). Ngõ vào cộng kết nối với mass 0V thực tế. o Vì điểm VG là 0V, có điện áp 2V rơi trên điện trở 2 kilohm (Rin) và dòng điện chạy qua là 1mA. o Dòng điện 1mA không thể chạy vào bên trong op-amp, do đó nó chạy qua điện trở hồi tiếp 10 kilohm (RF) và tạo nên điện áp 10V đặt trên 2 đầu RF. o Vì Vout đƣợc đo so với mass ảo nên điện áp là -10V - Độ lợi điện áp của op-amp đƣợc xác định bằng công thức: - Độ khuếch đại của mạch khuếch đại đảo liệt kê ở hình 1-6, vì tín hiệu 2V đặt lên ngõ vào đƣợc đảo thành -10V ngõ ra. Đặt điện áp âm tại ngõ vào bộ khuếch đại sẽ tạo nên điện áp dƣơng ở ngõ ra. Độ khuếch đại bị ảnh hƣởng bởi tỉ số giữa điện trở RF và Rin. RF càng lớn so với Rin thì độ khuếch đại càng lớn. - Điện áp ngõ ra có thể xác định bằng công thức: 8
- Bảng 1-1 cung cấp ví dụ về bộ khuếch đại đảo với độ khuếch đại 10 lần với nhiều giá trị điện áp ngõ vào. Bảng 1-1 1.2.2 Bộ khuếch đại cộng: Khi hai hay nhiều ngõ vào đƣợc nối với nhau và cùng đặt lên ngõ vào của bộ khuếch đại op-amp, bộ khuếch đại cộng đƣợc hình thành. Dạng khuếch đại này có thể cộng đại số các tín hiệu DC và AC. Mạch điện hình 1-7 là mạch khuếch đại cộng đảo. Nó bao gồm điện trở hồi tiếp RF 20kΩ, ba điện trở 20kΩ mắc đồng thời và nối chung với nhau vào ngõ vào đảo của op-amp, ba nguồn +2V, +1V, +3V cấp đến đầu còn lại của 3 điện trở. Sự tính toán trên sơ đồ thể hiện cách xác định điện áp tại ngõ ra. Dòng điện của mỗi ngõ vào đƣợc tính toán sau đó cộng lại thu đƣợc kết quả là dòng điện chạy qua RF. Tiếp đến điện áp ngõ ra đƣợc xác định bằng phép nhân IRF với RF. Hình 1-7: Bộ khuếch đại cộng đảo. 9
Công thức điện áp ngõ ra của mạch điện trên có thể đƣợc chứng minh đơn giản nhƣ sau: Áp dụng định luật K1 tại VG ta có: I1 + I2 + I3 = IF Ta có VG = 0 V = V+ Nên Bảng 1-2 cung cấp ví dụ về bộ khuếch đại cộng đảo nhiều giá trị điện áp ngõ vào. Bảng 1-2 10
1.2.3 Bộ khuếch đại không đảo: Một số ứng dụng đòi hỏi tín hiệu ngõ ra bộ khuếch đại phải cùng pha với tín hiệu ngõ vào. Ngƣời ta dùng op-amp kết nối nhƣ sau: đƣa tín hiệu vào tại ngõ vào không đảo của op-amp, trong khi đƣờng hồi tiếp điều khiển độ khuếch đại đƣợc kết nối từ ngõ ra đến ngõ vào đảo qua điện trở RF. Một đầu điện trở Rin gắn vào ngõ vào không đảo, đầu còn lại nối với mass. Hình 1-8 thể hiện sơ đồ nguyên lý của mạch khuếch đại không đảo. độ khuếch đại của mạch ảnh hƣởng bởi điện trở RF và Rin. Công thúc xác định độ khuếch đại (Gain) nhƣ sau: Điện áp ngõ ra đƣợc xác định bằng công thức: Độ khuếch đại luôn lớn hơn 1 Bảng 1-3 cho ví dụ về giá trị của mạch khuếch đại không đảo ở hình 1-8 với nhiều giá trị điện áp ngõ vào. Hình 1-8: Mạch khuếch đại không đảo. 11
Bảng 1-3 Sinh viên tự chứng minh công thức tính điện áp ngõ ra của mạch khuếch đại không đảo. 2. BỘ XỬ LÝ TÍN HIỆU Bộ xử lý tín hiệu là thiết bị đặc biệt làm thay đổi hoặc điều chỉnh các tín hiệu đƣợc đặt tại ngõ vào. Các tín hiệu ngõ ra của thiết bị có thể đƣợc sử dụng với những chức năng riêng biệt. Ba bộ xử lý tín hiệu sẽ đƣợc mô tả là: mạch tích phân, mạch vi phân và mạch Schmitt trigger 2.1 Mạch tích phân dùng op-amp: Mạch tích phân là một mạch khuếch đại, nó tăng liên tục hệ số khuếch đại trong một khoảng thời gian của chu kỳ tín hiệu. Độ lớn ngõ ra thuận tỉ lệ với khoảng thời gian mà tín hiệu ngõ vào đang tồn tại. Mạch tích phân có cùng dạng mạch với mạch lọc thông thấp. Nên có thể xem mạch tích phân dùng op amp là một dạng đặc biệt của mạch lọc thông thấp tích cực. Mạch Hình 1-9 thể hiện sơ đồ nguyên lý của mạch xử lý tín hiệu dùng op-amp. Mạch tƣơng tự với mạch khuếch đại đảo. Điểm khác biệt là tụ điện thay thế điện trở làm phần tử hồi tiếp. Dạng sóng biểu diễn bởi hình 1-9(b) minh họa hoạt động của mạch khi có các nguồn DC khác nhau đặt lên ngõ vào. 12
Hình 1-9: Mạch tích phân dùng op-amp Khi điện áp ngõ vào thay đổi từ 0V đến 5V, tại thời điểm T1 của dạng sóng, tụ điện lúc ban đầu có điện áp thấp vì nó không đƣợc nạp. Độ khuếch đại của op-amp là zero vì tỷ số của điện trở hồi tiếp với điện trở ngõ vào bằng 0. Điều này đƣợc diễn tả bởi công thức của mạch khuếch đại đảo: VOUT = RFB/RIN.Vin Khi tụ điện bắt đầu nạp điện, trở kháng tăng. Vì điện trở hồi tiếp tăng lên nên tỉ số CFB/RIN tăng lên. Kết quả là ngõ ra của op-amp tăng lên gần nhƣ tuyến tính. Bởi vì, ngõ vào đảo đƣợc sử dụng, dạng sóng ngõ ra bị đảo lại. Thậm chí, dạng sóng có thể ở dạng nằm ngang vì op-amp bị bão hòa, thể hiện ở thời gian T2 của biểu đồ. Tại thời gian T3, điện áp ngõ vào thay đổi từ 5V về 0V. Tụ điện ngƣng nạp làm cho ngõ ra trở về 0V. Nếu đặt điện áp âm ở ngõ vào, tín hiệu sẽ tăng dƣơng lên ở ngõ ra. Nếu đặt vào sóng vuông thì dạng sóng răng cƣa đƣợc tạo thành ở ngõ ra, biểu diễn ở hình 1-9(c). Khoảng giá trị ngõ ra bị ảnh hƣởng bởi giá trị của tụ điện và điện trở Rin. 13
Dạng sóng ngõ ra đƣợc tính nhƣ sau: (Trong đó, Vin và Vout là các hàm số theo thời gian, Vinitial là điện áp ngõ ra của mạch tích phân tại thời điểm t = 0.) 2.2 Mạch vi phân dùng op-amp: Có thể nói nôm na, Mạch vi phân là mạch khuếch đại tạo tín hiệu ngõ ra tỉ lệ với tốc độ thay đổi của tín hiệu ngõ vào. Mạch vi phân là một dạng đặc biệt của mạch lọc thông cao tích cực. Mạch vi phân dùng Hình 1-10(a) biểu diễn sơ đồ nguyên lý của mạch vi phân dùng op-amp. Cấu tạo của nó khác với mạch tích phân vì tụ điện thay thế điện trở ngõ vào trong khi phần tử hồi tiếp là điện trở. Biểu đồ dạng sóng đƣợc biểu diễn ở hình 1-10(b) minh họa sự đáp ứng của mạch vi phân khi các tín hiệu ngõ vào khác nhau. Khi ngõ vào đảo đƣợc sử dụng, tín hiệu ngõ ra sẽ đáp ứng theo chiều ngƣợc lại của tín hiệu ngõ vào. 14
Hình 1-10: Mạch vi phân dùng op-amp Khi điện áp ngõ vào là DC và phần còn lại là hằng số, biểu diễn trong khoảng thời gian T1 đến T2 của dạng sóng, ngõ ra mạch vi phân là 0V. Nếu ngõ vào thay đổi chậm, tốc độ thay đổi ổn định, ngõ ra sẽ là hằng số nhỏ của điện áp DC, biểu diễn trong khoảng thời gian T2 đến T3. Nếu ngõ vào thay đổi nhanh, tốc độ thay đổi ổn định, ngõ ra sẽ là hằng số khá lớn của điện áp DC, biểu diễn trong khoảng thời gian T3 đến T4. Khi sóng răng cƣa cung cấp cho ngõ vào thì một sóng vuông đƣợc tạo ra ở ngõ ra (hình 1-10(c)). Hình 1-10(d) biểu diễn khi sóng vuông cấp cho ngõ vào thì một chuỗi sóng gai đƣợc tạo ra ở ngõ ra. Cực tính của gai nhọn đƣợc xác định khi có sự thay đổi âm-dƣơng của sóng vuông. Ngõ ra của mạch vi phân có thể được xác định theo công thức sau: (Trong đó, Vin và Vout là các hàm số theo thời gian) Mạch tích phân và mạch vi phân thƣờng đƣợc sử dụng để điều khiển ngõ ra bộ tác động các hệ thống tự động khép kín. 2.3 Mạch nắn sóng Schmitt Trigger: Mạch Schmitt Trigger là mạch dùng để tạo ra tín hiệu sóng chữ nhật. Nó thƣờng chuyển đổi sóng sin hay dạng sóng bất kỳ thành tín hiệu có định dạng sóng vuông. Nó khôi phục lại sóng vuông đã bị biến dạng trong quá trình truyền dẫn, các quá trình sau đó 15
đòi hỏi dạng sóng vuông đã đƣợc định hình. Mạch Schmitt Trigger sử dụng hồi tiếp bên trong để tăng tốc quá trình chuyển đổi. Nó sử dụng hiệu ứng trễ, nghĩa là ngƣỡng chuyển mạch của tín hiệu ngõ vào theo hƣớng dƣơng ở giá trị điện áp cao hơn ngƣỡng chuyển mạch của tín hiệu ngõ vào theo hƣớng âm. Mạch Schmitt Trigger chuyển đổi những tín hiệu sau đây thành tín hiệu có dạng sóng chữ nhật: Sóng AC điện áp thấp. Tín hiệu với độ tăng chậm, nhƣ là sản phẩm của việc nạp và xả của tụ điện, bộ chuyển đổi cảm biến nhiệt độ…. Hình 1-11(a) minh họa hoạt động chuyển đổi của bộ chuyển đổi Schmitt Trigger thể hiện cách thiết lập lại đặc tính trễ của sóng vuông biến dạng. Hình 1-11: Schmitt Trigger 16
Hoạt động: - Khoảng thời gian 1: mức logic 0 đƣợc phát hiện ở ngõ vào và mức 1 phát sinh ở ngõ ra đảo. - Khoảng thời gian 2: mức logic 1 đƣợc phát hiện ở ngõ vào nếu điện áp vào vƣợt quá 1.7V theo chiều dƣơng của mức ngƣỡng làm cho ngõ ra chuyển sang mức logic 0. Chú ý rằng những gai nhọn gồ gề trong tín hiệu ngõ vào là do nhiễu hạ thấp dƣới 1.7V tạo nên độ trễ suốt khoảng thời gian 2. Ngõ ra sẽ không thay đổi nếu tín hiệu vào không thấp hơn 0.9V theo chiều âm của mức ngƣỡng. - Khoảng thời gian 3: mức logic 0 đƣợc công nhận ở ngõ vào nếu điện áp vào hạ thấp hơn 0.9V theo chiều âm của mức ngƣỡng làm cho ngõ ra chuyển sang mức logic 1. Chú ý rằng những gai nhọn gồ gề trong tín hiệu ngõ vào là do nhiễu tăng cao hơn 0.9V tạo nên độ trễ suốt khoảng thời gian 3. Ngõ ra sẽ không thay đổi nếu tín hiệu vào không tăng cao hơn 1.7V theo chiều dƣơng của mức ngƣỡng. Ký hiệu logic cho bộ chuyển đổi Schmitt Trigger biểu diễn ở hình 1-11(b). Nó bao gồm một dạng sóng trễ thu nhỏ bên trong ký hiệu để chỉ ra đó là mạch Schmitt Trigger thay thể cho bộ chuyển đổi bình thƣờng. 3. BỘ SO SÁNH: Chức năng của bộ so sánh là tạo ra một tín hiệu sai lệch ở ngõ ra, đƣợc xác định bởi sự khác nhau giữa hai ngõ vào. Tín hiệu vào và ra có thể là tín hiệu số hoặc tƣơng tự. Bộ so sánh và bộ khuếch đại vi sai đều có thể so sánh tín hiệu tƣơng tự, và các bộ so sánh độ lớn so sánh các tín hiệu số. Điều này sẽ đƣợc đề cập đến ở phần dƣới. 3.1 So sánh dùng Op amp: Hình 1-12 thể hiện một op-amp hoạt động so sánh điện áp. Thiết bị này so sánh điện áp tại đặt trên 1 ngõ vào với điện áp trên 1 ngõ vào khác. Sự chênh lệch giữa các điện áp tại ngõ vào làm cho ngõ ra op-amp bão hòa hoặc là +5V hoặc -5V. Chiều phân cực ngõ vào đƣợc xác định bằng cực tính điện áp đặt trên các ngõ vào của op-amp. Khi điện áp đặt trên ngõ vào đảo càng dƣơng hơn điện áp tại ngõ vào không đảo, ngõ ra sẽ chuyển thành điện áp -5V bão hòa. Giống nhƣ vậy, khi điện áp đặt trên ngõ vào đảo càng âm hơn điện áp tại ngõ vào không đảo, ngõ ra sẽ chuyển thành điện áp +5V bão hòa. Tuy nhiên, khi điện áp hai ngõ vào có biên độ bằng nhau thì ngõ ra bằng 0. 17
Hình 1-12: Bộ khuếch đại so sánh. Công thức sau đây cung cấp một cách tóm tắt ngắn gọn hoạt động của bộ khuếch đại so sánh: Điện áp ngõ vào đảo < điện áp ngõ vào không đảo = điện áp âm ngõ ra. Điện áp ngõ vào đảo > điện áp ngõ vào không đảo = điện áp dƣơng ngõ ra. Điện áp ngõ vào đảo = điện áp ngõ vào không đảo = điện áp ngõ ra bằng 0. Bảng 1-4 cho ví dụ về các hoạt động của op-apm nhƣ là một bộ so sánh với nhiều điện áp ngõ vào. Bảng 1-4: Hoạt động của bộ so sánh Op Amp Có rất nhiều Op amp có thể dùng để hoạt động tốt nhƣ một mạch so sánh, các IC op amp thông dụng nhƣ 741, TL081, TL082,…Tuy nhiên ở đây tác giả xin giới thiệu loạt IC hoạt động so sánh với bù Offset thấp: 18
19