Giáo trình Kỹ thuật xung - số (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:57

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Kỹ thuật xung - số (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận kỹ thuật hiện đại và được biên soạn theo chương trình khung của Bộ lao động thương binh xã hội. Giáo trình kết cấu gồm 9 bài và chia thành 2 phần, phần 1 trình bày những nội dung về: kỹ thuật xung; cơ sở Kỹ thuật số; mạch mã hóa, giải mã;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Kỹ thuật xung - số (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

1 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN XÂY DỰNG VIỆT XÔ KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG – SỐ NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo quyết định sô: QĐ-TrCDN Ngày tháng năm của Hiệu Trưởng Trường cao đẳng cơ điện xây dựng Việt Xô) NINH BÌNH năm 2019 1
2 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. LỜI GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ. Sự ra đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử. Ngày nay, trong kỹ thuật kỹ thuật vô tuyến điện có rất nhiều thiết bị công tác trong một chế độ đặc biệt là chế độ xung. Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật hiện đại như: thông tin, điều khiển, ra đa, vô tuyến truyền hình, điện tử ứng dụng, điều khiển tự động hóa trong công nghiệp ... Ở những mức độ khác nhau chúng đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện tử thông dụng và chuyên dụng. Giáo trình Kỹ thuật xung - số được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận kỹ thuật hiện đại và được biên soạn theo chương trình khung của Bộ lao động thương binh xã hội. Giáo trình được làm tài liệu giảng dạy cho nghề Sửa chữa và lắp ráp máy tính ở cấp trình độ cao đẳng nghề. Giáo trình cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các kỹ thuật viên, công nhân ngành công nghệ tin học. Nhằm trang bị cho bạn đọc nền kiến thức tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị xung số, bằng những kinh nghiệm tác giả đúc kết được từ thực tiễn trên các máy công nghệ điều khiển số hiện đại và từ thực tế giảng dạy cũng như tham khảo một số tài liệu đáng tin cậy trong nước và tài liệu dự án, tác giả đã biên soạn ra quyển giáo trình này. Quá trình biên soạn giáo trình, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp của các độc giả gần xa. Tam Điệp, ngày……tháng…..năm 2018 Tham gia biên soạn 1. Trần Thế cương 2. Vũ Xuân Thủy 3. Đào Quang Thắng 2
3 MỤC LỤC 1. Lời giới thiệu 02 2. Mục lục 03 3. Bài1: Kỹ thuật xung 08 4. Bài 2:Cơ sở Kỹ thuật số 26 9. Bài 3: Mạch mã hóa, giải mã 46 10. Bài 4: Mạch dồn kênh, phân kênh 60 11. Bài 5: FLIP- FLOP 71 12. Bài 6: Mạch đếm 79 13. Bài 7: Mạch ghi 93 14. Bài 8: Bộ nhớ 98 15. Bài 9: Mạch biến đổi D/A, A/D 107 3
4 CHƢƠNG TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Kỹ thuật xung số Mã số mô đun: MĐ 18 Thời gian mô đun: 90h (Lý thuyết : 24giờ ; Thực hành, thí nghiệm, bài tập, thảo luận: 60giờ; Kiểm tra: 6 giờ) I. Vị trí, tính chất của mô đun: - Vị trí của mô đun: Mô đun được bố trí sau khi học sinh học xong các mô đun Đo lường Điện – điện tử, Điện tử tử cơ bản. - Tính chất của mô đun: Là mô đun cơ sở chuyên môn nghề . II. Mục tiêu mô đun : Học xong môn học này học viên có khả năng: - Trình bày đƣợc sơ đồ mạch điện của các mạch tạo xung cơ bản - Trình bày được sơ đồ mạch điện và nguyên lý làm việc của các mạch mã hoá, giải mã, dồn kênh, phân kênh, mạch đếm, ghi dịch, mạch chuyển đổi AD/DA, DA/AD các bộ nhớ ROM và RAM một cách nhanh chóng và chính xác; - Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được các mạch trên đảm bảo các chỉ tiêu: an toàn, hoạt động ổn định, đúng thời gian quy định. III. Nội dung mô đun : 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Thực hành Số Thí Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Kiểm TT nghiệm số thuyết tra* bài tập Thảo luận Bài 1 : mạch dao động tạo xung 12 3 9 1. Khái quát chung 1 1 1.1. Khái niệm 1.2. Các thông số 1.3. Phân loại 2. Mạch tạo xung dùng BJT 4 1 3 2.1. Sơ đồ căn bản 0.5 0.5 2.2. Nguyên lý làm việc 0.25 0.25 2.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số 0.25 0.25 2.4. Thực hành lắp ráp 3 3 4
5 2. Mạch tạo sung dùng IC555 4 0.5 3.5 2.1. Sơ đồ căn bản 0.25 2.2. Nguyên lý làm việc 0.10 2.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số 0.15 2.4. Thực hành lắp ráp 3.5 3.5 3. Mạch tạo xung dùng OA 3 0.5 2.5 3.1. Sơ đồ căn bản 0.25 3.2. Nguyên lý làm việc 0.1 3.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số 0.15 3.4. Thực hành lắp ráp 2.5 2.5 Bài 2 : Cơ sở kỹ thuật số 16 7 9 1. Hệ đếm 2 2 1.1. Các hệ thống số đếm 1.2. Chuyển đổi các hệ thống số đếm 1.3. Các phép tính hệ nhị phân 2. Bộ mã hóa 1 1 2.1. Mã BCD 2.2. Mã Gray 2.3. Mã thừa 3 1 2.4. Mã Jonhson 3. Các phép toán logic 1 1 3.1. Phép phủ định 3.2. Phép tuyển 3.3. Phép hội 4. Các cổng logic thông dụng 4 1 3 4. Hàm lô gic 8 2 6 4.1. Khái niệm 0.25 0.25 4.2.Các phương pháp biểu diễn 2 0.25 1.75 hàm logic 4.3. Tối giản hóa hàm logic 2 0.25 1.75 4.4. Thiết kế mạch logic tổ hợp 3.75 1.25 2.5 Bài 3 : Mạch mã hóa, giải mã 10 2 6 2 1. Mạch mã hóa 4 1 3 1.1. Khái niệm 1.2. Thiết kế mạch 3 1.3. Thực hành lắp ráp mạch 2. Mạch giải mã 4 1 3 2.1. Khái niệm 2.2. Thiết kế mạch 2.3. Lắp ráp mạch 5
6 Kiểm tra 2 2 Bài 4 : Mạch dồn kênh , phân 8 2 6 kênh 1. Mạch dồn kênh 4 1 3 1.1. Khái niệm 1.2. Thiết kế mạch 4 1.3. Thực hành lắp ráp mạch 2. mạch phân kênh 4 1 3 2.1. Khái niệm 2.2. Thiết kế mạch 2.3. Lắp ráp mạch Bài 5 : Flíp- Flop 4 2 2 1. FF RS 0.5 0.5 5 2. FFRST 0.5 0.5 3. FF JK 2 0.5 1.5 4. FF T 1 0.5 0.5 Bài 6 : Mạch đếm 20 2 16 2 1. Khái quát chung 0.5 0.5 1.1. Khái niệm 1.2. Phân loại 2. Mạch đếm nhị phân 8 0.5 7.5 2.1. Thiết kế mạch 0.5 0.5 2.2. Thực hành lắp ráp mạch 7.5 7.5 5 3. Mạch đếm BCD 5 0.5 4.5 3.1. Thiết kế mạch 0.5 0.5 3.2. Thực hành lắp ráp mạch 4.5 4.5 4. Mạch đếm mô đun M 4.5 0.5 4 4.1. Thiết kế mạch 0.5 0.5 4.2. Lắp ráp mạch 4 4 Kiểm tra 2 2 Bài 7 : Mạch ghi 4 1 3 1. Mạch ghi nối tiếp 0.5 0.5 1.1. Khái niệm 1.2. Cấu trúc mạch 1.3. Nguyên lý làm việc 6 2. Mạch ghi song song 0.5 0.5 2.1. Khái niệm 2.2. Cấu trúc mạch 2.3. Nguyên lý làm việc 3.Mạch ghi vòng 3 3 6
7 3.1. Cấu trúc mạch 3.2. Thực hành lắp ráp Bài 8 : Bộ nhớ ROM-RAM 2 2 1. Bộ nhớ ROM 1 1 1.1. Khái niệm 1.2. Cấu trúc 7 1.3. Các loại ROM thường gặp 2. Bộ nhớ RAM 1 1 2.1. Khái niệm 2.2. Cấu trúc 2.3. Các loại RAM thường gặp Bài 9: Mạch chuyển đổi A/D, 14 1 11 2 D/A 1. Mạch chuyển đổi A/D 6 0.5 5.5 1.1. Khái niệm chung 0.1 0.1 1.2. Sơ đồ nguyên lý 0.2 0.2 1.3. Nguyên lý làm việc 0.2 0.2 8 1.4. Thưck hành lắp ráp mạch 5.5 5.5 2. Mạch chuyển đổi D/A 6 0.5 5.5 2.1. Khái niệm chung 0.1 0.1 2.2. Sơ đồ nguyên lý 0.2 0.2 2.3. Nguyên lý làm việc 0.2 0.2 2.4. Thực hành lắp ráp mạch 5.5 5.5 Kiểm tra 2 2 Cộng 90 24 60 6 7
8 BÀI 1: MẠCH DAO ĐỘNG VÀ TẠO XUNG Mã bài: MĐ19.01 Giới thiệu: Trong kỹ thuật xung điện đóng vai trò quan trọng, đôi khi nguyên nhân hệ thống điều khiển điện tử-số không hoạt động khi lắp ráp hoặc hư hỏng khi thiết bị đang vận hành không phải do quá tải, quá áp mà do ngay các xung điều khiển không đạt các thông số kỹ thuật. Bài này giới thiệu về các khái niệm, các đặc trưng, đại lượng, các ảnh hưởng của các xung trong các mạch điện tử-số. Học viên cần hiểu rõ và vận dụng các kiến thức cơ bản của xung vào các mạch điện tử -số trong công nghiệp được điều khiển bằng các xung điện. Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung. - Vẽ và phân tích được sơ đồ mạch điện của các mạch dao động tạo xung cơ bản - lắp ráp được các mạch tạo xung cơ bản hoạt động theo đúng yêu cầu - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác Nội dung chính: 1. Khái quát chung Mục tiêu: - Trình bày được các khái niệm về tín hiệu, xung điện, dãy xung và nêu được các tham số đặc trưng. 1.1. Khái niệm 1.1.1 Định nghĩa tín hiệu Tín hiệu là sự biến đổi của các đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng một thông tin nào đó. Tín hiệu được chia làm 2 loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) và tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung). Trong đó tín hiệu hình sin được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục ,có đường biểu diễn như hình 1-1. Ngược lại tín hiệu hình vuông được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu không liên tục như hình 1-2 Hình 1-1: Tín hiệu hình sin Hình 1-2: Tín hiệu hình vuông 8
9 1.1.2 Định nghĩa xung điện Xung điện là tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn trong một khoảng thời gian rất ngắn có thể so sánh với quá trình quá độ của mạch điện. Xung điện trong kỹ thuật được chia làm 2 loại: loại xung xuất hiện ngẫu nhiên trong mạch điện, ngoài mong muốn, được gọi là xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng bất kỳ (Hình 1-3). (u,t (u,t (u,t ) ) ) t t t Hình 1-3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo ra từ các mạch điện được thiết kế thường có một số dạng cơ bản: (u,t) (u,t) (u,t (u,t) ) t t t t Hình 1-4: Các dạng xung cơ bản của các mạch điện được thiết kế Dãy xung vuông xuất hiện trên màn hình của máy hiện sóng khi điều chỉnh tốc độ quét chậm., chúng ta thấy chỉ có những đường vạch ngang. Khi điều chỉnh tốc độ quét nhanh, trên màn hình của máy hiện sóng xuất hiện rõ đường vạch tạo nên hình dạng xung với các đường dốc lên và dốc xuống. - Cạnh xuất hiện trước xung được gọi là sườn trước của xung. - Cạnh nằm trên đỉnh có giá trị cực đại gọi là đỉnh xung. - Cạnh xuất hiện sau của xung để trở về trạng thái ban đầu được gọi là sườn sau của xung. - Cạnh nối khỏang cách từ sườn trước và sườn sau ở trục tọa độ của xung gọi là đáy xung. 1.2 Các thông số cơ bản của xung điện và dãy xung 1.2.1. Các tham số cơ bản của xung điện Dạng xung vuông lý tưởng được trình bày trên Hình 1-5. 9
10 U, I off t on Hình 1-5: Các thông số cơ bản của xung a. Độ rộng xung là thời gian xuất hiện của xung trên mạch điện, thời gian này thường được gọi là thời gian mở ton. Thời gian không có sự xuất hiện của xung gọi là thời gian nghỉ t off. b. Chu kỳ xung là khỏang thời gian giữa 2 lần xuất hiện của 2 xung liên tiếp, được tính theo công thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung được tính theo công thức: 1 f= T (1.2) c. Độ rỗng và hệ số đầy của xung: - Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ và độ rộng xung, được tính theo công thức: T Q= Ton (1.3) - Hệ số đầy của xung là nghịch đảo của độ rỗng, được tính theo công thức: Ton n= T (1.4) Trong thực tế, người ta ít quan tâm đến tham số này, người ta chỉ quan tâm trong khi thiết kế các bộ nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp một chiều được tạo ra sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch điều chỉnh sao cho mạch điện cấp đủ dòng, đủ công suất, cung cấp cho tải. d. Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, các xung vuông, xung chữ nhật không có cấu trúc một cách lí tưởng. Khi các đại lượng điện tăng hay giảm để tạo một xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian quá độ)nhất là các mạch có tổng trở vào ra nhỏ hoặc có thành phần điện kháng nên 2 sườn trước và sau không thẳng đứng một cách lí tưởng. Do đó thời gian xung được tính theo công thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) 10
11 Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau Đỉnh Xung Sườn Sườn sau Trước tt tđ ts Hình 1-6: Cách gọi tên các cạnh xung. Độ rộng sườn trước t1 được tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90% trị số biên độ xung và độ rộng sườn sau t 2 được tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung. Trong khi xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa của các mạch điện điều khiển Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V. Sườn trước xung nhịp được tính từ khi xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V và sườn sau xung nhịp được tính từ khi xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V. 10% giá trị điện áp ở đáy và đỉnh xung được dùng cho việc chuyển chế độ phân cực của mạch điện. Do đó đối với các mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch đòi hỏi độ chính xác và tính ổn định rất cao. e. Biên độ xung và cực tính của xung Biên độ xung là giá trị lớn nhất của xung với mức thềm 0V (U, I)Max (Hình 1-7) Hình dưới đây mô tả dạng xung khi tăng thời gian quét của máy hiện sóng. Lúc đó ta chỉ thấy các vach nằm song song (Hình 1-7b) và không thấy được các vạch hình thành các sườn trước và sườn sau xung nhịp. Khi giảm thời gian quét ta có thể thấy rõ dạng xung với sườn trước và sườn sau xung (1-7c) 11
12 b, a, c, Hình 1-7: Xung vuông trên màn hình máy hiện sóng a)Xung vuông lý tưởng b) Các vạch trên máy hiện sóng c) Dãn rộng vạch trên máy hiện sóng U, I t Hình 1-8: Giá trị đỉnh xung Cực tính của xung là giá trị của xung so với điện áp thềm phân cực của xung.Hình 1-8: U,I U,I t t xung dương xung âm Hình 1-9: Các dạng xung dương và xung âm Trong thực tế xung điện là nền tảng của kỹ thuật điều khiển. Ví dụ Mạch đóng mở cửa tự động: Khi có người đi vào hoặc ra qua hệ thống cảm biến nhận dạng tạo ra một xung tác động vào mạch điều khiển đóng mạch rơ le điều khiển động cơ mở cửa. 1.2.2. Chuỗi xung 12
13 Trong kỹ thuật, để điều khiển, mạch điện thường không dùng một xung để điều khiển, mà dùng nhiều xung trong một khỏang thời gian nhất định, gọi là chuỗi xung hay một dãy xung. (Hình 1-10) Trong một chuỗi xung, các xung có hình dạng giống nhau và biên độ bằng nhau. Nếu chuỗi xung được tạo ra liên tục trong quá trình làm việc thì gọi là chuỗi xung liên tục. Nếu chuỗi xung được tạo ra trong từng khỏang thời gian nhất định gọi là chuỗi xung gián đọan. Đối với chuỗi xung gián đọan, ngoài các thông số cơ bản của xung còn có thêm các thông số: - Số lượng xung trong chuỗi, - Độ rộng chuỗi xung, - Tần số chuỗi xung. U, U, I I t t a) b) Hình 1-10: Chuỗi xung liên tục (a) và chuỗi xung gián đoạn (b) 1.3. Phân loại xung - Xung vuông: U, I t - Xung tam giác: - Xung hình thang: - Xung răng cưa 13
14 Hình 1-11:Hình dạng các loại xung điện 2. Mạch dao dộng tạo xung dùng transistor 2.1. Sơ đồ mạch điện căn bản : Mạch dao động đa hài hai trạng thái không ổn định còn gọi là mạch đa hài tự dao động. Mạch điện như hình 1 - 12 Hình 1-12: Sơ đồ nguyên lý mạch dao động tao xung dùng BJT Transistor T1 và T2 làm việc ở chế độ khóa điện tử đóng ngắt mạch với tốc độ nhanh 10-10-10-6s, do vậy điện áp đầu ra có hai trạng thái khác biệt. Lưu ý: Cần nâng cao tính tác động nhanh của khóa và ngăn ngừa hiện tượng bão hòa sâu của transistor Nhận xét: Kết cấu mạch đối xứng gồm hai transistor T1 và T2 giống hệt nhau, T1T2 cùng mắc CE và có hai vòng hồi tiếp dương qua hai bộ lọc tần số cao R1C1 và R2C2. Cực góp(cực C) của transistor này nối với cực gốc (cực B) transistor kia thông qua tụ C1 và C2. RC1, RC2: Cung cấp điện áp một chiều cho cực C;đồng thời là tải của T1, T2 tương ứng. RB1, RB2: Điện trở định thiên kiểu dòng IB cho T1, T2. C1, C2: Các tụ thực hiện quá trình phóng hoặc nạp. T1, T2: Hai khóa điện tử sử dụng transistor mắc E chung. 2.2. Nguyên lý làm việc. Giả sử ban đầu, T1 dẫn, T2 tắt, mạch ở hình 15.1.a trở thành như hình 15.1.b  VO1  0V , VO 2  Vcc . Lúc này, tụ C2 nạp năng lượng từ nguồn qua RC 2 và mối nối BE của T1, điện áp trên tụ có chiều như hình 15.1.b, ngoài dòng nạp qua tụ dòng I B1 còn được cung cấp từ nguồn qua RB1 . Đồng thời, tụ C1 được nạp qua RB 2 và có chiều như hình 15.1.b.  điện áp trên tụ C1 , VC1 (điện áp trên tụ C1 ) tăng dần. Mà VBE 2  VC1  VBE 2 cũng tăng dần. Tới một lúc nào đó, VBE 2 14
15 đủ lớn làm T2 dẫn.  tụ C2 đặt điện áp âm vào mối nối BE của Q1.  VBE1  0 làm T1 tắt. Khi mạch ở trạng T1 tắt, T2 dẫn, mạch ở hình 15.1.a trở thành như hình 15.1.c:  VO1  Vcc , VO 2  0V . Lúc này, tụ C1 xả năng lượng qua mối nối BE của T2. Sau đó, nạp năng lượng từ nguồn qua RC1 và mối nối BE của T2, điện áp trên tụ đảo chiều và tăng dần xem hình 15.1.c, ngoài dòng nạp qua tụ dòng I B 2 còn được cung cấp từ nguồn qua RB 2 . Do đó, T2 vẫn được duy trì ở trạng thái dẫn cho dù tụ C1 đã nạp đầy. Đồng thời, tụ C2 được nạp qua RB1 và T2 sau khi đã xả hết xem hình 15.1.c.  điện áp trên tụ C2 , VC 2 (điện áp trên tụ C2 ) tăng dần. Mà VBE1  VC 2  VBE1 cũng tăng dần. Tới một lúc nào đó, VBE1 đủ lớn làm T1 dẫn.  tụ C1 đặt điện áp âm vào mối nối BE của T2.  VBE 2  0 làm T2 tắt. Ta thấy, ban đầu, T1 dẫn, T2 tắt, sau một thời gian mạch tự động đổi qua trạng thái T1 tắt, T2 dẫn. Khi T1 tắt, T2 dẫn sau một thời gian mạch lại tự đổi qua trạng thái T1 dẫn, T2 tắt và cứ lặp đi lặp lại. Do đó, không có trạng thái ổn định. Vì vậy, mạch được gọi là mạch dao động bất ổn hay mạch dao động phi ổn. Từ hình 15.2 ta thấy, Tx1 chính là thời gian tụ C2 xả và nạp qua RB1 , Tx 2 chính là thời gian tụ C1 xả và nạp qua RB 2 . Tương tự như mạch dao động đơn ổn ta có công thức: Tx1  0.693RB1C2 Tx 2  0.693RB 2C1 Tx1 , Tx 2 có đơn vị là s. Tụ C1 , C2 có đơn vị là F. RB1 , RB 2 có đơn vị là Ω. Chu kỳ của điện áp ra: T  Tx1  Tx 2  0,693( RB1C2  RB 2C1 ) 1 1 Tần số của điện áp ra: f   T 0, 693( RB1C2  RB 2C1 ) Nếu chọn đối xứng: C1= C1 =C RB1= RB2= R.Ta nhận được mạch đa hài đối xứng. Dãy xung vuông ở hai đầu ra có tần số: 1 f  1,38RC Trong trường hợp( Tx1 ≠ Tx 2 ) ta có đa hài không đối xứng. Chú ý: - Để tạo ra các xung có f hạn chế,với f < 100Hz, các tụ C1,C2 phải có điện dung lớn. - Khi f > 10kHz phải chú ý đến tần số cắt của Transistor. - Biên độ xung ra được xác định gần đúng bằng giá trị nguồn V CC cung cấp khi không tải. 15
16 - Để khắc phục hạn chế về tần số, người ta đưa ra các sơ đồ mạch đa hài dùng IC tuyến tính 2.3 Mạch tạo xung có điều chỉnh tần số Tần số và chu kỳ của chuỗi xung phụ thược vào các thông số R, C trong mạch, để có thể điều chỉnh tần số, chu kỳ của chuỗi xung ta có thể thay đổi C hoặc R. Trong trường hợp đơn giản nhất ta thường sử dụng phương pháp thay đổi R , Khi đó ta sử dụng thêm biến trở trong mạch định thiên cho các đèn BJT. Sơ đồ mạch điện cụ thể như sau: Vcc R1 Rt Rt VR C R R C GN D Hình 1.1:Sơ đồ mạch dao động tạo xung điều chỉnh tần số Với sơ đồ trên tần số của chuỗi xung vuông được xác định như sau: f = 1/1,4(R1+VR+R)C (Hz) 2.4. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch tạo xung dùng BJT A, Dụng cụ, thiết bị thực hành: - Mô đun thực hành điện tử số - Đồng hồ vạn năng - Bo cắm đa năng - Dây kết nối B, Các bước thực hiện B1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện: R=100KΩ Rt = 1KΩ C=10µF Q: C945,C828, C1815( Chọn 2 BJT giống nhau) B2: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý: Vcc = 5V 16
17 Ra Led B3: Kiểm tra tính đúng đắn của mạch điện kết nối B4: Bật công tắc nguồn, quan sát trạng thái làm việc của đèn led, tính chu kỳ, tần số của chuỗi xung đầu ra và rút ra kết luận B5: Thay đổi các thông số của các phần tử trong mạch như R, C, Xác định chu kỳ, tần số của chuỗi xung sau khi thay đổi và rút ra kết luận 3. Mạch dao động đa hài dùng IC 555 IC 555 trong thực tế còn gọi là IC định thời. Họ IC được ứng dụng rất rộng rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, vì nó có thể thực hịên nhiều chức năng như định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích thích điều khiển các linh kiện bán dẫn công suất. Họ IC 555 được ký hiệu dưới nhiều dạng ký hiệu khác nhau: MN555, LM555, C555, NE555, HA17555, A555... 3.1. Sơ đồ căn bản: +V R1 555 1 Gnd Vcc 8 Ra 2 Trg Dis 7 3 Out Thr 6 4 Rst Ctl 5 R2 .IC ngo ra + + C1 C2 Hình 1- 14 : Sơ đồ mạch điện cơ bản Hình 1 – 15: Sơ đồ cấu trúc IC 555 17
18 Chân 2 được nối với chân 6 để cho chân ngõ vào và chân giữ mức thềm (mức ngưỡng) có chung điện áp phân cực. Chân 5 được nối với tụ C2 xuống GND để lọc nhiễu tần số cao. Vì vậy, tụ này thường có trị số không lớn lắm, được chọn vào khoảng từ 1 đến 0,001F. Chân 4 nối nguồn Vcc vì không dùng chức năng Reset Chân 7 là chân xả điện, nên được nối giữa 2 điện trở R1 và R2 làm đường nạp và xả điện cho tụ C1. 3.2. Nguyên lí hoạt động của mạch Khi được cấp nguồn Vcc, tụ C1 được nạp điện qua R1, R2 với hằng số thời gian nạp: tn = 0,69 (R1 + R2)C1 (2.6) Đồng thời R1, R2 làm nhiệm vụ phân cực bên trong IC, lúc này mạch sẽ tự dao động. Hằng số thời gian xả là: tp = 0,69R2C1 (2.7) Điện áp ngõ ra ở chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là: T = 0,69 (R1 + 2R2)C1 (2.8) Do thời gian nạp vào và thời gian xả ra không bằng nhau (tnạp > txả) nên tần số của tín hiệu xung là: 1 1 f= = (2.9) T 0,69 (R 1  2R 2 )C1 Dạng xung ngõ ra ở chân 3 có dạng: Vcc t 3.3. Sơ đồ mạch tạo xung có điều chỉnh tần số: Để tạo ra chuỗi xung đối xứng và có thể điều chỉnh được tần số ta sử dụng sơ đồ như sau: 18
19 Vcc R VR 4 8 7 VR D R IC 555 6 3 Ra D C 2 1 Hình 1 – 16: Sơ đồ mạch dao động có điều chỉnh tần số. Với sơ đồ mạch điện trên ta thấy mạch nạp và mạch phóng của tụ điện có điện trở hoàn toàn như nhau vì vậy ta có xung đầu ra là đối xứng. Tần số của chuồi xung đầu ra được xác định như sau: f = 1/1,4(R+VR)C ( Bỏ qua điện trở của điốt) Khi điều chỉnh biến trở VR thì tần số của chuỗi xung sẽ thay đổi. 2.4. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch tạo xung. A, Dụng cụ, thiết bị thực hành: - Mô đun thực hành điện tử số - Đồng hồ vạn năng - Bo cắm đa năng - Dây kết nối B, Các bước thực hiện B1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện: R1= 10KΩ R2 =100KΩ C=10µF B2: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý: Vcc = 5V Ra Led B3: Kiểm tra tính đúng đắn của mạch điện kết nối B4: Bật công tắc nguồn, quan sát trạng thái làm việc của đèn led, tính chu kỳ, tần số của chuỗi xung đầu ra và rút ra kết luận 19
20 B5: Thay đổi các thông số của các phần tử trong mạch như R, C, Xác định chu kỳ, tần số của chuỗi xung sau khi thay đổi và rút ra kết luận 4. Mạch dao động tạo xung dùng vi mạch thuật toán 4.1. Sơ đồ mạch điện căn bản. Mạch điện này chính là mạch dao động tích thoát dùng Op-amp để cho ra tín hiệu xung vuông. Hình 1-17: Mạch dao động tích thoát Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào. Cầu phân áp RC hồi tiếp về ngõ vào đảo. Cầu phân áp R1và R2 hồi tiếp về ngõ vào không đảo. R1 và R2 tạo ngưỡng so sánh điện áp, còn RC tạo nạp phóng. 4.2. Nguyên lý làm việc. Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào. Cầu phân áp RC hồi tiếp về ngõ In-, cầu phân áp R1 – R2 hồi tiếp về ngõ In+. Để giải thích nguyên lý mạch ta giả sử tụ C chưa nạp điện và Op-amp đang ở trạng thái bão hòa dương. Lúc này, cầu phân áp R1 – R2 đưa điện áp dương về ngõ In+ với mức điện áp là: V0 = +VCC R2 Vin   VCC .  VA ( Vin > 0V) R1  R 2 Trong khi đó, ở ngõ In- có điện áp tăng dần lên từ 0V, điện áp tăng do tụ C nạp qua R theo quy luật hàm số mũ với hằng số thời gian là  = RC Khi tụ C nạp có Vin < Vin thì Op-amp vẫn ở trạng thái bão hòa dương. Khi tụ C nạp đến mức điện áp Vin > Vin thì OP-AMP đổi thành trạng thái bão hòa âm, ngõ ra có V0 = -VCC. Lúc này cầu phân áp R1 – R2 đưa điện áp âm về ngõ In+ với mức điện áp là: R2 Vin  VCC .  VB ( Vin < 0V ) R1  R 2 Trong khi đó ở ngõ In- vẫn còn đang ở mức điện áp dương với trị số: R2 Vin   VCC . do tụ C đang còn nạp điện. R1  R 2 Như vậy Op-amp sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa âm nhanh cho cạnh xung vuông thẳng đứng. Tụ C bây giờ sẽ xả điện áp dương đang nạp trên tụ qua R1 và tải ở ngõ ra xuống mass. Khi tụ C xả điện áp dương đang có thì Vin vẫn ở 20