Luận văn tốt nghiệp Vật lý: Lắp ráp mạch dao động tạo sóng vuông có tần số thay đổi được

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Khoa Vật Lý -----o0o-----

GVHD: PHAN THANH VÂN SVTH: KIỀU THỊ NY

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2009

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Lời cảm ơn 0O0

Bốn năm được đào tạo trong trường đại học là một thời kỳ quá độ để chuẩn bị trở thành một

người giáo viên tương lai, kết thúc một khóa đào tạo, hay bắt đầu một khóa học mới trên đường

đời. Luận văn tốt nghiệp là một bước chuyển tiếp trong thời kỳ quá độ ấy. Đây thật sự là một

phương pháp nguyên cứu khoa học không những khá phổ biến mà còn rất hữu ích cho sinh viên

khi sắp ra trường. Không chỉ học 4 năm trong trường, được sự dạy bảo tận tình của các thầy cô

qua từng môn học mà em thật sự cảm thấy mình học được rất nhiều từ việc được thực hiện luận

văn, từ sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô hướng dẫn, “những điều tưởng như không làm được

nhưng cũng đã được thực hiện”.

Để có thể hoàn thành được luận văn này, đầu tiên cho em xin được gửi lời cảm ơn đến Ban

Chủ Nhiệm Khoa Vật Lý Trường Đại Học Sư Phạm TP HCM đã tạo điều kiện cho em có thể thực

hiện được luận văn.

Bên cạnh đó nếu không có Quý Thầy, Cô đã truyền đạt kiến thức trong suốt khóa học

thì chắc chắn em cũng không thể hoàn thành luận văn một cách hoàn chỉnh. Cho phép em gửi lời

cảm ơn đến tất cả Thầy, Cô nhà trường đã truyền đạt kiến thức cho em.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Phan Thanh Vân, đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ,

giải đáp những khó khăn em trong suốt quá trình làm đề tài.

Em cũng xin cảm ơn thầy Cao Anh Tuấn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành

phần hàn mạch thực nghiệm.

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến hội đồng khoa học đã xét duyệt luận văn.

Xin chúc sức khỏe quý thầy cô nhà trường.

Sinh viên thực hiện

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 2

Kiều Thị Ny

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của công nghệ thông tin đã làm thay đổi hoàn toàn bộ mặt đời sống của con

người, cùng với tốc độ phát triển chóng mặt ấy, thì hệ thống kỹ thuật truyền thông ngày càng

được cải tiến, nâng cấp và phức tạp hơn. Tuy nhiên việc đưa những kỹ thuật ấy vào giảng dạy ở

các trường đại học gặp phải nhiều khó khăn. “Vô tuyến điện tử” là một trong những môn học để

giúp sinh viên sư phạm có được những kiến thức cơ bản vệ hệ thống kỹ thuật truyền thông, có

được những hiểu biết ban đầu về hệ thống kỹ thuật số hiện đại ngày nay, trên cơ sở đó sinh viên

có thể tự tìm hiểu và khám phá thêm những ứng dụng khác để phục vụ tốt hơn cho tiết dạy của

mình sau này.

Với mục đích làm phong phú hơn sự hiểu biết của các sinh viên về môn “vô tuyến điện tử”,

khám phá thêm những ứng dụng của những linh kiện bán dẫn đã học, kích thích sự tò mò, ham

hiểu biết của các sinh viên nên em chọn đề tài “lắp ráp mạch dao động tạo sóng vuông có tần số

thay đổi được”.

Chúng ta có thể thấy rằng “ Mạch dao động tạo sóng vuông” có mặt ở khắp mọi nơi trong

cuộc sống của chúng ta, từ những thiết bị máy móc tinh vi trong các bộ nhớ, bộ đếm, bộ vi xử

lý…, đến những hệ thống kỹ thuật điện công nghiệp và đến cả những mạch điện đơn giản hàng

ngày mà chúng ta thường thấy trên các bảng chạy đèn quảng cáo, trong các cột đèn giao thông...

Các bạn có thể hình dung đơn giản rằng : một mạch dao động tạo sóng vuông là mạch tạo ra

những tín hiệu logic 0 hoặc 1, chính vì vậy, chúng có tác dụng biến đổi một tín hiệu tương tự (như

tín hiệu hình sin) thành tín hiệu logic (tín hiệu kỹ thuật số). Chúng là nền tảng cơ bản trong hệ

thống kỹ thuật số ngày nay.

Nguyên cứu mạch dao động tạo sóng vuông cũng là một trong những cách giúp các bạn tiếp

cận đến những hiểu biết sơ khai về hệ thống kỹ thuật số, một trong những ngành điện tử khá mạnh

của thời đại ngày nay. Không những vậy, bạn còn có thể tự tay chế tạo ra những mạch điện tử có

đèn nhấp nháy theo ý thích của mình. Sự đam mê tìm tòi khám phá sẽ nảy sinh từ đây khi mà bạn

thấy một sản phẩm của mình đang “ nhấp nháy”. Với một chút kiến thức nhỏ trong luận văn, hi

vọng sẽ mang lại cho các bạn những hiểu biết mới về môn học, khám phá thêm nhiều ứng dụng,

có thể kích thích sự tìm tòi và ham học hỏi của các bạn.

Vì kiến thức hạn hẹp và hạn chế về thời gian nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót,

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 3

rất mong sự đóng góp ý kiến của các bạn.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

NỘI DUNG CHÍNH

Với mục đích trên, luận văn của em đi sâu vào những nội dung chính như sau:

PHẦN I:MẠCH DAO ĐỘNG TẠO SÓNG VUÔNG

Trong phần này, em đi sâu nguyên cứu các loại mạch dao động tạo sóng vuông, một số linh

kiện thường được dùng trong mạch.

1. Mạch dao động tạo sóng vuông: hay còn gọi là mạch dao động đa hài. Được chia làm

3 loại :

 Mạch dao động hai trạng thái bền

 Mạch một trạng thái bền

 Mạch không trạng thái bền.

Một số linh kiện: có nhiều loại linh kiện để xây dựng được mạch, nhưng transistor BJT, IC

OP AMP, là những linh kiện cơ bản nhất, những linh kiện khác đều là sự tích hợp của những linh

kiện này.

2. TRANSISTOR BJT: là linh kiện gồm 3 lớp bán dẫn, nguyên lý hoạt động khá đơn

giản và khá thân thuộc với các bạn sinh viên sư phạm. Em khảo sát mạch dao động đa

hài phiếm định sử dụng Transistor

3. IC OP AMP: là một IC, hay còn được gọi là Khuếch Thuật Toán không phổ biến với

các bạn sinh viên sư phạm nên em đi sâu vào nguyên cứu hoạt động của IC trong

những mạch đơn giản, rồi mới khảo sát hoạt động của IC tromg mạch đa hài phiếm

định

PHẦN II: ỨNG DỤNG CỦA MẠCH DAO ĐỘNG TẠO SÓNG VUÔNG

Đây là phần khá lý thú, để cho dễ theo dõi và tránh làm rắc rối, em chia phần ứng dụng thành

ba phần nhở

1. IC OP AMP

IC này thường được dùng trong các mạch dao động đa hài phiếm định, phổ biến nhất là tạo

ra được sự nhấp nháy của các đèn LED trên các bảng quảng cáo, bạn có thể điều chỉnh độ nhấp

nháy này bằng một mạch R - C đơn giản, ngoài ra chúng còn được dùng để theo dõi nhiệt độ của

đối tượng. Loại mạch này được dùng rộng rãi trong y tế, trong hệ thống chiếu sáng đèn đường,

trong các bảng quảng cáo….

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 4

2. FLIP FLOP

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Đây là mạch dao động hai trạng thái bền, nó được chế tạo cơ bản từ hoạt động của hai

transistor “ ON” & “ OFF”, và là cấu trúc cơ bản của một bit thông tin. Không chỉ là thành phần

cơ bản trong việc tích hợp nên các IC khác mà chúng còn là một đơn vị thông tin cơ bản trong các

bộ nhớ, các bộ đếm…là nền tảng của hệ thống kỹ thuật số.

3. IC 555

Là một IC tích hợp, nó được cấu tạo dựa trên hoạt động của hai OP AMP và một Flip Flop,

là một chíp vi mạch tạo ra sóng vuông hữu dụng nhất. Nó thường được dùng để tạo sóng vuông

trong mạch đa hài phiếm định và mạch đa hài đơn ổn ( mạch dao động đa hài một trạng thái bền)

Trong mạch đa hài đơn ổn, IC này có tác dụng như một rơ- le thời gian, nó thường được sử

dụng trong hệ thống dây chuyền sản xuất công nghiệp, để đếm các sản phẩm. Dùng IC này độ

nhạy của hệ thống tăng lên.

Trong mạch đa hài phiếm định, nó thường được ứng dụng trong việc tạo ra tiếng còi hú, hệ

thống nhấp nháy của đèn LED hoặc là cùng với các giá trị tụ điện, chúng là một hệ thống cơ bản

của đàn điện tử ngày nay.

PHẦN III: PHẦM MỀM ORCAD

ORCAD sẽ giúp bạn trong việc tạo ra một mạch điện sơ đồ nguyên lý trước, giúp bạn xác

định hoặc định dạng trước thứ tự, vị trí, cách sắp xếp các linh kiện trên một mạch hàn thực trong

phần CAPTURE CIS.

Hoặc nếu không thích hàn mạch, ORCAD sẽ giúp bạn tạo ra một bản mạch in trên máy tính,

bạn có thể chọn trước các linh kiện, loại chân thích hợp và sắp xếp chúng cho đẹp mắt rồi nhờ

dịch vụ làm giúp bạn một bản mạch in theo ý thích.

PHẦN IV: THỰC NGHIỆM

Trong phần này em trình bày một số kinh nghiệm thực nghiệm, các bước khi em tiến hành

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 5

hàn mạch, và khảo sát tần số mà mạch dao động tạo ra. Và một số mạch mà em hàn được.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

I. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI:

Hầu hết các hệ thống kỹ thuật số đều yêu cầu một vài loại dạng sóng định thời, ví dụ một

nguồn xung kích khởi cần thiết cho tất cả các hệ thống tuần tự định thời. Trong các hệ thống kỹ

thuật số, một dạng sóng hình chữ nhật là điều kiện ước muốn nhất ( không giống như trong các hệ

thống tương tự ở đó thường sử dụng các tín hiệu hình sin).

Sự tạo ra các dạng sóng hình chữ nhật ( sóng vuông) được gọi là bộ đa hài.

Mạch dao động tạo ra sóng vuông gọi là mạch dao động đa hài.

Tùy theo chế độ hoạt động người ta phân biệt thành ba loại :

 Mạch hai trạng thái bền hoặc mạch Trigger hay Flip- Flop

 Mạch một trạng thái bền hoặc mạch dao động đa hài đơn ổn.

 Mạch không trạng thái bền hoặc mạch dao động đa hài phiếm định.

1. Mạch hai trạng thái bền:

Mạch cấu tạo gồm hai tần khuyếch đại, trong đó ngõ vào của tầng này ghép với ngõ ra của

tầng kia qua mạch RC tạo thành vòng hồi tiếp dương khép kín. Nhờ vậy mạch luôn tồn tại ở một

trong hai trạng thái bền vững, mỗi trạng thái tương ứng với một transistor dẫn và transistor tắt, và

chỉ đổi trạng thái khi có xung kích khởi từ bên ngoài. Mạch này thường được dùng làm các thành

phần trong bộ nhớ trong các hệ thống kỹ thuật số.

2. Mạch một trạng thái bền:

Bình thường mạch tồn tại ở trạng thái bền khi có xung kích khởi mạch chuyển sang trạng

thái không bền và sau một khoảng thời gian nhất định mạch tự động trở về trạng thái bền ( mà

không cần có xung kích khởi bên ngoài) . Thời gian mạch tồn tại ở trạng thái không bền không

phụ thuộc vào độ rộng xung kích khởi mà phụ thuộc vào trị số các linh kiện trong mạch. Mạch

này còn được gọi là mạch một nhịp bởi vì một xung kích khởi chỉ tạo nên một xung nhưng bề

rộng của xung lại khác hẳn. Mạch này rất hữu dụng bởi vì nó có thể tạo ra một xung tương đối dài

(hàng chục mili giây ) từ một xung hẹp.

Ví dụ một bộ vi xử lý có thể phát tín hiệu cho một thiết bị bên ngoài để in một nội dung nào

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 6

đó bằng cách truyền qua một xung. Thiết bị đầu ra cơ điện nói chung chậm hơn bộ vi xử lý, do đó

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

nó yêu cầu một xung tín hiệu trong một khoảng thời gian lâu hơn. Điều này đạt được bằng một

mạch giao tiếp có chứa bộ đa hài đơn ổn.

3. Mạch không trạng thái bền:

Dùng để tạo ra xung vuông với độ rộng xung và tần số cho trước. Mạch có hai trạng thái

không bền, trong quá trình hoạt động nó luôn tự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác

mà không cần có xung kích khởi từ bên ngoài. Mạch này được dùng làm một nguồn xung khóa

trong các mạch tuần tự.

Người ta có thể thiết kế một mạch dao động đa hài bằng nhiều linh kiện khác nhau: như

dùng transistor BJT, vi mạch OP AMP ( còn gọi là mạch khuyếch đại dùng thuật toán), các cổng

logic, các IC555, IC556….

Cho đến một vài năm gần đây, các mạch đa hài được thiết kế bằng cách sử dụng các thiết

bị rời rạc như các điốt chân không, transistor BJT.., ngày nay chúng trở nên lỗi thời do có nhiều

IC trên thị trường, và việc sử dụng IC làm cho mạch gọn gàng, dễ mắc, độ chính xác cao, thuận

lợi..

Em đi sâu nguyên cứu các mạch dao động đa hài không trạng thái bền (mạch dao động đa

hài phiếm định) dùng transistor BJT, mạch đa hài phiếm định dùng OP AMP có tần số thay đổi

được.

II..TRANSISTOR BJT

1. Cấu tạo:

Cùng trên một đế bán dẫn lần lượt tạo ra 2 tiếp xúc công nghệ p-n gần nhau để được

một linh kiện bán dẫn 3 cực gọi là transistor lưỡng cực ( bipolar)

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 7

Hình ІІ.9

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Mỗi transistor lưỡng cực có 2 tiếp xúc p-n gồm 3 lớp:

 Lớp giữa được gọi là lớp gốc ( base) ký hiệu là B, có nồng độ tạp chất thấp nhất

và có bề dày rất mỏng, khoảng 10µm.

 Lớp phát ( emitter) ký hiệu là E, có nồng độ tạp chất lớn nhất.

 Lớp góp ( collector) ký hiệu là C, có nồng độ tạp chất trung bình.

2. Nguyên tắc hoạt động:

- Ta xét hoạt động của một transisto NPN. Muốn một transisto hoạt động được,

phải có đủ 2 điều kiện:

 Tiếp tế:

- Phải cung cấp điện áp cho 2 cực C, E đúng cực tính bằng nguồn điện ECC

+ Nếu transistor NPN thì UCE > 0

+ Nếu transistor PNP thì UCE < 0

 Phân cực:

- Phải cung cấp điện áp cho 2 cực B, E đúng cực tính bằng nguồn điện EB.

+Xét trường hợp có nguồn ECC , không có nguồn EB : CE coi như gồm 2 điôt CB

và BE mắc nối tiếp, 2 điôt này mắc ngược chiều nhau nên không cho dòng điện qua CE.

+Xét trường hợp có nguồn EB không có nguồn ECC: điốt BE được phân cực thuận,

electron ( hạt dẫn đa số của lớp e) qua mối tiếp xúc PN vào lớp B để về nguồn EB. Chỉ có

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 8

dòng IB, không có dòng IC ở mạch nguồn ECC. Dòng IB càng lớn, khi nguồn EB lớn.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

+Xét trường hợp có cả 2 nguồn ECC và nguồn EB: điốt BE được phân cực thuận,

electron ( hạt dẫn đa số của lớp e) qua mối tiếp xúc vào lớp B, ở lớp B này electron là hạt

dẫn điện thiểu số (không cơ bản), khuyếch tán rất nhanh qua lớp B (rất mỏng cở vài µm) để

vào lớp C. Ở đây electron lại là hạt dẫn đa số, nên bị nguồn ECC hút mạnh tạo nên dòng IC.

Vậy:

- Ta thấy, dòng IC càng mạnh khi dòng IB càng lớn và bề dày lớp B càng nhỏ.

+ Khi IB = 0 : không có dòng IC.

+ Khi IB càng lớn: dòng IC càng lớn.

+ Ta nói chính dòng qua cực B (cỡ nA) đã điều khiển dòng điện qua EC (cỡ mA) của

Transistor. Vì vậy, cực B còn gọi là cực khiển.

- Nếu coi cực E là nguồn phát ra hạt dẫn đa số, hạt này một phần nhỏ chạy qua cực

gốc B tạo ra dòng IB, phần lớn còn lại chạy đến cực góp C để tạo nên dòng IC. Vậy ta luôn luôn

IE = IB + IC

có:



Trong đó IB cỡ na và IC cỡ mA( IB<< IC), nên ta cũng có thể xem:

IE IC

C



I I

B

- Ta gọi là hệ số khuyếch đại dòng điện của transistor

- Ngoài sự dịch chuyển của các hạt dẫn đa số, còn tồn tại dòng dịch chuyển của các hạt

dẫn thiểu số (lỗ trống) từ lớp C qua B đến E. Dòng dịch chuyển này tạo nên dòng ngược

IC = IB + ICEO

ICEO. Vậy ta có:

- Hoạt động của transistor PNP cũng giống như trên nhưng phải thay đổi như sau:

- TIếp tế vào 2 cực C và E bằng nguồn ECC để UCE < 0. Phân cực cho BE bằng nguồn

EB sao cho UBE < 0. Hạt dẫn đa số là lỗ trống phát ra từ E để đến C.

3. Các chế độ làm việc của transistor

Transistor có 3 chế độ làm việc: chế độ khóa, dẫn bảo hòa, và chế độ khuyếch đại.

Khi xét đặc tính của transistor người ta thường quan tâm đến quan hệ giữa dòng điện IC

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 9

và điện áp UCE khi IB không đổi, ta có họ đặc tuyến IC=f(UCE), IB = const có dạng như sau:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

UCE còn liên hệ với IC theo phương trình

UCE = ECC – ICRC

Gọi là phương trình đường thẳng tải biểu thị bằng đường thẳng ∆c trên hình

Điểm cắt của ∆C với 1,2,3 chính là các giao điểm làm việc của transistor, nó xác định

dòng điện IC và điện áp UCE của transistor ứng với mỗi giá trị của IB.

Khi IB càng tăng thì điểm làm việc càng tiến gần đến các điểm uốn của các đường cong

1,2,3… khi IB tăng đến một giá trị nào đó thì IC không tăng lên nữa, ta nói IC đạt giá trị bão

I

I



Bbh

Cbh 

hòa ICbh. Dòng này tương ứng với gốc bảo hòa IBbh.

Điểm cắt K của đường ∆C với đường cong (1) tương ứng với IB = 0, được gọi là điểm

khóa.

Điểm cắt M của đường ∆C với đường cong (3) tương ứng với IB = IBbh được gọi là

điểm mở bão hòa.

Khi transistor làm việc ở điểm khóa k : IB = 0 và IC≈ 0, ta nói transistor khóa.

Khi transistor làm việc ở điểm mở bảo hòa m : IB = IBbh và IC = ICbh = ICmax (UCE ≈ 0), ta

I

I





Cbh

C

max

E CC R C

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 10

nói transistor mở bảo hòa.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

A. Transistor làm việc với chế độ dẫn và khóa bảo hòa:

Sơ đồ mạch điện căn bản ở chế độ khóa điện tử của một transistor trong đó K là một

con tắt đóng mở bằng tay hay tự động.

Khi khóa k mở: UCE = - EB < 0, tiếp xúc BE bị phân cực ngược, electron từ E không qua

E

U

E

E

CC

BE

BE

B

I

I









vùng B được nên IB = 0 và transistor khóa, không có dòng qua điện trở tải RT.

B

I 1

2

 R 1

 R 2

Khi khóa k đóng:

I

I





B

Bbh

I E Cbh CC  R   C

Với UBE ≈ 0,6V , nếu ta chọn R1, R2, Ecc, và Eb sao cho :

I



Thì transistor sẽ mở bảo hòa.

C

E CC R C

nếu công tắc K đóng, mở có chu kỳ với thời gian Lúc đó ta có UCE ≈ 0V và

đóng tđ = αt với t là thời gian đóng ngắt của công tắc), α = tđ /t gọi là tỉ số đóng thì dòng điện

T

T 

I

dt









I dt C

0

qua điện trở tải Rt sẽ có dạng như hình vẽ dưới đây và trị số trung bình của dòng điện này là :





1 T

1 T

E CC R t

E CC R t

0

0

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 11

Từ đây ta dễ dàng thay đổi trị số I0 bằng cách thay đổi trị số đóng α

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Qua các hình vẽ trên, ta thấy trong thực tế khi đóng điện, dòng IC không tăng ngay đến

trị số ICbh mà chỉ đạt đến ICbh sau một khoảng thời gian ton, toff là thời gian cần thiết để các hạt

mang điện trong transistor tích lũy và dịch chuyển

Cũng như lúc tắt, dòng điện không giảm ngay từ ICbh về không mà phải có thời gian toff,

đây là thời gian cần thiết để các hạt dẫn phân tán trở lại và phục hồi trạng thái khóa.

Vậy để transistor đóng mở một cách đáng tin cậy, chu kỳ đóng, cắt t phải lớn hơn

f





m

ax

t

t

1 

1 T min

on

off

ton+toff. Do đó tần số đóng, cắt lớn nhất cho phép của khóa k là:

B.Transistor làm việc với chế độ khuyếch đại:

Sơ đồ mạch điện căn bản ở chế độ khuyếch đại của một transistor như hình dưới đây:

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 12

lúc này nguồn phân cực EB phải có chiều như hình vẽ để cho tiếp xúc BE phân cực thuận.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Dòng IB sẽ điều khiển dòng IC.

Trên tải RT ta có một độ sụt áp

Ur= RtIc

Ta có: ECC = RtIC + UCE

UCE = ECC – RtIC

Vậy khi ta tăng, dòng IC tăng theo và UCE giảm. Khi IB giảm, dòng IC giảm theo và UCE

tăng. Hay ta có thể nói: điện áp tín hiệu lấy ra ở chân C ngược pha với điện áp tín hiệu đưa

vào khuyếch đại ở chân B.

4. Mạch dao động đa hài không trạng thái bền dùng transistor BJT.

A. Sơ đồ mạch điện

Mạch bao gồm hai transistor N-P-N được nối với nhau thông qua các tụ điện C1 và C2 .

Tụ C1 được nối vào cực base của transistor T1 và cực collector của transistor T2.

Còn tụ C2 nối vào cực base của transistor T2 và cực collector của transistor T1.

Các điện trở R1, R2 phân cực cho các cực base của transistor T2 và T1

Điện trở Rl, Rl là các điện trở tải, nó có nhiệm vụ hạn chế dòng IC qua cực collector của

hai transistor.

B. Nguyên tắc hoạt động

Ta thấy mạch điện gồm 2 tầng khuyếch đại T1 và T2 hồi tiếp dương, nên trở thành mạch

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 13

dao động. Mạch điện hoạt động như sau

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hai transistor T1 và T2 tuy cùng số hiệu nhưng không thể giống nhau 100% được, giả

sử khi mới mở điện, T2 dẫn trước T1. Dòng điện qua Rl của T2 làm điện áp VC2 giảm tới 0

(bằng điện áp E2). C1 được nạp điện qua R1. Khi điện áp 2 đầu tụ điện đủ để phân cực cho T1

thì T1 dẫn, VC1sụt làm VB2 sụt theo cho đến lúc T2 ngưng dẫn. Lúc bấy giờ C2 được nạp qua

R2, khi điện áp đủ lớn thì T2 dẫn trở lại và VC2 giảm làm T1 tiến tới trạng thái ngưng dẫn…

quá trình lập lại rất nhanh và trên các cực Collector ta có các xung điện hình chữ nhật.

Chu kỳ của dao động gồm 2 giai đoạn: thời gian T1 dẫn và thời gian T1 ngưng dẫn

(hoặc thời gian T2 dẫn và thời gian T2 ngưng dẫn). Bề rộng xung tạo ra phụ thuộc vào thời

hằng của C1 hay C2 nạp điện qua R1 ( Hay R2).

Tính chu kỳ của xung ra:

∆T1 là thời gian T1 dẫn, ∆T2 là thời gian T2 dẫn ( hay thời gian mà t1 tắt).

Chu kỳ dao động của mạch là: T = ∆T1 + ∆T2

Khi T1 dẫn, C2 được nạp qua R2

∆ T1 ≈ ln2. C2.R2

T2 dẫn, C1 được nạp qua R1

∆T2≈ ln2. C1.R1

→ T ≈ (C1.R1 + C2.R2)ln2

f



1 RC

2

ln

2

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 14

Nếu ta chọn R2 =R1=R và C1 = C2= C, tần số của xung được xác định bởi:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

5. Mạch có tần số thay đổi được.

Ảnh hưởng của R đến hoạt đông của mạch:

Ta tiến hành thay đổi các giá trị của R1 =R2=R để quan sát xung đầu ra cũng như tần số

của mạch.

1 1, 4RC

0.0600

0.0500

0.0400

) s m

(

0.0300

Series1

e d o i r e P

0.0200

0.0100

0.0000

0

10

20

30

40

50

60

Resistance (k? )

: R,C biến đổi tuyến tính với f. Đối với giá trị R thích hợp, ta có f =

Ta thấy rằng đối với các giá trị R < 10kΩ thì f và R không biến đổi tuyến tính . Với R quá

nhỏ thì transistor bị bão hoà quá sâu do dòng IB lớn .

Nếu R>120k Ω thì transistor không có thời gian để đạt trạng thái bão hoà

Từ những điều kiện ta có nhận xét quan trọng sau:

 Ta không thể lấy bất kỳ giá trị nào của điện trở R<120k Ω mà ta còn phải lưu ý đến điều

kiện để transitor đạt được trạng thái bão hòa, thông thường chọn R>10RC

Như vậy ta có điều kiện để transitor bão hòa một cách hoàn hảo :

10RC< R< RC

* Ảnh hưởng của R và C đến hoạt động của mạch :

_ Ta thấy rằng độ rộng xung vuông đầu ra  T1 ,  T2 liên quan trực tiếp đến hằng số thời



gian nạp của các tụ .Ở mạch khảo sát trên là mạch đối xứng ta có:  T1 =  T2 = 0,7 RC

độ rộng xung bằng nhau.

_ Để thay đổi độ rộng xung ,ta có thể thay đổi các giá trị của tụ điện hoặc điện trở (lưu ý là

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 15

thay đổi trong giới hạn cho phép).

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân



Lúc này chu kỳ : T = 0,7 R2C2 + 0,7R1C1



1 0,7(R C 2 2

R C ) 1 1

tần số được tính theo công thức : f =

 Ảnh hưởng của tụ c đến tần số của hệ :

Bằng cách thay đổi giá trị C, đo tần số dao động từ máy dao động ký

0.1600

0.1400

0.1200

0.1000

) s m

(

0.0800

Series1

0.0600

e d o i r e P

0.0400

0.0200

0.0000

0

2

4

6

8

Capacite (nF)

đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tụ điện và chu kỳ:

Ta thấy C và f biến đổi tuyến tính trong mọi trường hợp

Với mạch điện như trên ta thấy dạng xung ra không hoàn toàn vuông , nguyên nhân là do quá

trình nạp xả của các tụ điện . Để khắc phục nhược điểm này ta sẽ cải thiện mạch theo sơ đồ

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 16

sau :

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Chỉnh nhuyễn tần số dao động của mạch bằng cách thay đổi điện dung của các tụ không

phải lúc nào cũng thực hiện được. Do đó trong thực tế thường chọn cách điều chỉnh bằng

biến trở, điều này cho phép thay đổi điện thế phân cực cho cực nền của transistor tắt.

Trên hình bên là sơ đồ mạch dao động cho phép điều chỉnh tần số, trong đó hệ số bão

2

T C R   1

2

R L R L

 2 ln 1  

  

T C R   2

R L 1 R L

 1 1 ln 1  

  

hòa của transistor dẫn không thay đổi trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh của tần số.

Chu kỳ dao động của mạch là: T = ∆T1 + ∆T2

III..VI MẠCH OP-AMP ( Operational Amplifier)

1. OP AMP : là linh kiện khuếch đại thuật toán.

Thuật ngữ khuếch đại thuật toán được John R. Ragazzini đưa vào năm 1947 để chỉ ra

một loại khuếch đại đặc biệt. bằng cách ghép nối thích hợp các thành phần bên ngoài, nó có thể

tạo ra nhiều cấu hình hoạt động khác nhau từ khuếch đại cho đến cộng, trừ, vi tích phân. Các

khuếch đại thuật toán được ứng dụng đầu tiên trong các máy tình tương tự ( analog). Khả năng

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 17

thực hiện các phép toán toán học là kết quả của sự kết hợp độ lợi cao với hồi tiếp âm.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Khuếch đại thuật toán đầu tiên dùng các đèn chân không, vì vậy chúng rất nặng nề, tiêu tốn

nhiều năng lượng và đắt tiền. kích thước của khuếch thuật toán giảm thiểu đáng kể cùng với sự

phát triển của transistor ( BJT), điều này dẫn đến sự phát triển toàn diện của các khối khuếch đại

làm việc với các BJT rời rạc. Tuy nhiên bước đột phá thực sự xảy ra với sự phát triển của mạch

khuếch đại thuật toán tích hợp (IC), với các phần tử được tạo trên một dạng đơn khối trên một

mẫu sillicon có kích thước như một viên bi. Linh kiện đầu tiên kiểu này được Robert J.Widlar

phát triển tại Fairchild Semiconductor Corporation vào những thập kỷ 60.

Một mạch khuếch đại thì được hình dung như sau:

Công thức cơ bản của bộ khuếch đại là :

Tín hiệu ra = (tín hiệu vào) x (độ lợi AD)

Ở OP AMP, độ lợi AD rất lớn (lớn hơn 10.000 lần). Ví dụ như con 741 có độ khuếch đại lên

đến 200.000 lần (giá trị điển hình). Do đó nếu đưa tín hiệu vào là 1mV thì tín hiệu ra là

1x200.000=200V.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 18

Kí hiệu của OPAMP như sau:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

A. Cấu tạo

Nó có hai đầu vào dương và âm, kí hiệu P,N và một đầu ra. Điện áp trên các đầu vào và

ra là UP, UN, Ur là so với mass.

UN : đầu vào đảo mạch

UP : đầu vào không đảo mạch.

Ngoài ra OP AMP còn có hai đầu để nối với nguồn cung cấp đối xứng ±Ucc. Điện áp

nguồn cung cấp nằm trong khoảng ±5v ÷ ±18v.

Nguồn cung cấp cho OP AMP cũng có thể là nguồn đơn + Ucc.

B. Đặc điểm

Đặc điểm của OP AMP là:

 Hệ số khuyếch đại vi sai AD rất lớn ( thường AD≈105 ÷ 106)

 Điện trở vi sai rất lớn ( thường từ 10MΩ ÷ 100MΩ , với loại dùng transistor

BJT và từ 1012 Ω đến 1013Ω với loại dùng transistor thường),

 Điện trở ra rất nhỏ ( cỡ khoảng 100Ω đến 1kΩ ).

 Dòng chảy vào các đầu vào vi sai P,N rất nhỏ, có thể coi bằng 0. Các OP AMP

dùng trong xử lý tín hiệu có dòng cho phép cực đại ở đầu ra khoảng 5mA đến

10mA. Các OP AMP có công suất dòng ra cỡ vài A, (có loại công suất đầu ra

lớn hơn 50W).

Hình bên vẽ đặc tính truyền đạt Ur( UD) của OP AMP.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 19

Điện áp UD = UP- UN gọi là điện áp vi sai.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Trên hình vẽ, đường 1 là đặc tuyến truyền đạt lí tưởng ( khi UD = 0 thì Ur=0), đường 2

là đặc tuyến truyền đạt thực tế của OP AMP ( khi UD = 0, nhưng Ur ≠ 0).

Ta thấy đặc tính có hai vùng làm việc:

 Vùng tuyến tính ứng với |UD| rất nhỏ và:

Ur = ADUD

 Vùng bão hòa ứng với | UD| khoảng từ vài chực µV trở lên, điện áp ra Ur ở vùng

bão hòa là không đổi: Ur = ± Ubh;|Ubh| = Ucc - (2÷ 3 v )

Ví dụ: ±Ucc = ± 15V thì Ubh ≈ ± 13V

2. OP AMP làm việc ở chế độ khóa.

Trong kỹ thuật xung người ta thường sử dụng OP AMP làm việc ở vùng bão hòa của đặc

tuyến truyền đạt. Lúc đó, điện áp ra Ur chỉ có thể nằm ở hai mức:

Mức thấp L = - Ubh hoặc mức cao H = Ubh.

Ta nói OP AMP làm việc ở chế độ khóa và có vai trò như một khóa đóng/cắt cơ khí

Khi Ur = - Ubh = L, ta nói khóa mở

Khi Ur = + Ubh = H, ta nói khóa đóng.

Hình trên là đặc tuyến truyền đạt lý tưởng khi OP AMP làm việc ở chế độ khóa. Điện áp vi

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 20

sai UD là điện áp điều khiển đóng/ mở khóa.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Lúc UD đang rất âm, khóa OP AMP ở trạng thái mở với Ur = - Ubh = L. Khi UD tăng tới

giá trị Uđ( Uđ > 0), thì khóa hoàn toàn chuyển sang trạng thái đóng với Ur=+Ubh= H. Vì vậy Uđ

gọi là ngưỡng đóng của OP AMP.

Khi UD rất dương, khóa ở trạng thái đóng. Khi UD giảm tới Um thì khóa hoàn toàn chuyển

sang trạng thái mở nên Um gọi là ngưỡng mở.

Vùng ∆u trong đặc tuyến truyền đạt gọi là độ nhậy của khóa. Đây là vùng khóa OP AMP

bắt đầu và kết thúc việc chuyển trạng thái đóng/ mở. Một khóa lí tưởng có ∆u = 0. Muốn giảm ∆u

ta phải chọn IC OP AMP có hệ số khuyếch đại vi sai AD càng lớn càng tốt.

3. Giới thiệu IC OP AMP

Năm 1986, Fairchild đã giới thiệu khuếch đại thuật toán phổ biến như µA741 như là loại tiêu

chuẩn của công nghiệp. Kể từ đó số lượng các họ khuếch đại thuật

toán và việc chế tạo phát triển đáng kể. Tuy vậy, 741 vẫn là một

trong những loại phổ biến nhất mặc dù có sự cạnh tranh giữa các

linh kiện về giá cả và chất lượng. vì 741 là loại khuếch đại thuật toán

được đề cập rất phổ biến nên ta có thể xem nó như là phương tiện

để minh họa các nguyên lý khuếch đại thuật toán tổng quát .

Hình bên giới thiệu một loại OP AMP µA 714

Nó có hai kiểu đóng vỏ: đóng vỏ hình tròn (kiểu TO5) và đóng vỏ với hai hàng chân song

song ( kiểu DIPS).

Các chân 1,5 là chân nối mass, chân 4 nối với nguồn – Ucc, chân 7 nối với nguồn + Ucc,

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 21

chân 8 là chân bỏ trống. Chân 2 là đầu vào đảo mạch, chân 3 là đầu vào không đảo mạch.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

4. IC OP AMP trong mạch so sánh:

Hiện nay, phần tử cơ bản dùng làm mạch so sánh tương tự là OP AMP, làm việc ở chế độ

khóa. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu hoạt động của mạch so sánh tương tự để biết rõ nguyên lý hoạt động

của một OP AMP trong mạch dao động đa hài phiếm định.

Có hai loại mạch so sánh:

 Mạch so sánh số: mạch so sánh hai số nhị phân, kết quả so sánh được thể hiện bằng

các biến logic ở đầu ra.

 Mạch so sánh tương tự: so sánh điện áp với một điện áp chuẩn có độ lớn xác định

trước Uch. Khi Uv = Uch thì điện áp Ur ở đầu ra mạch so sánh sẽ chuyển từ mức cao xuống

mức thấp hoặc ngược lại. Dạng xung ở đầu ra là dạng xung vuông. Như vậy, tín hiệu ở ngã

vào là tín hiệu tương tự (analog), còn tín hiệu ở ngã ra là tín hiệu logic.

Các thông số đặc trưng cho mạch so sánh cũng chính là các thông số đặc trưng của khóa OP

AMP :

 Độ nhậy của mạch so sánh, chính là độ nhậy ∆u của OP AMP

 Thời gian lật trạng thái của mạch, cũng chính là thời gian đóng mở của khóa OP

AMP

 Hai mức logic L, H ở đầu ra của mạch cũng chính là hai điện áp bão hòa ±Ubh ở đầu

ra của OP AMP. Nếu dùng nguồn một chiều không đối xứng +Ucc cung cấp cho OP AMP

thì hai mức logic ở đầu ra mạch so sánh sẽ tương ứng với mức điện áp 0V và mức điện áp

bão hòa +Ubh=+Ucc-(3÷4v). Cũng có mạch so sánh cho hai mức logic L, H ở đầu ra có thể

lựa chọn theo yêu cầu sử dụng.

Theo cấu trúc, mạch so sánh tương tự chia làm hai loại:

 Mạch so sánh hở (còn gọi là mạch so sánh không trễ). Sơ đồ có cấu trúc hở, không

có sự phản hồi điện áp ở đầu ra về cửa vào.

 Mạch so sánh vòng kín (còn gọi là mạch so sánh có trễ hoặc Trigger Smith). Sơ đồ

có cấu trúc vòng kín, có sự phản hồi dương của điện áp ở đầu ra về cửa vào.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 22

A. Mạch so sánh hở.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

UD

Hình trên là sơ đồ cơ bản của mạch so sánh hở, kiểu đảo mạch. Uch là điện áp chuẩn (còn gọi

là ngưỡng ) để điện áp vào Uv so sánh với nó.

Xét sơ đồ đảo: Khi Uv < Uch thì UD = Uch –Uv >0 và Ur = ADUD = +Ubh. Tăng dần Uv cho tới

u 2

khi Uv = Uch + , thì điện áp Ur chuyển hoàn toàn sang mức -Ubh:

u 2

Ur= ADUD= AD(Uch – Uv) = -AD = -Ubh

Hệ số khuếch đại vi sai AD rất lớn nên độ nhậy ∆u chỉ khoảng vài chục µV. Gần đúng coi

∆u≈ 0, mạch sẽ lật trạng thái khi UD = 0, nghĩa là Uv = Uch.

Ta có đặc tuyến truyền đạt Ur(Uv) của mạch so sánh đảo như hình.

Nếu tiếp tục tăng Uv vượt quá ngưỡng Uch thì Ur cũng chỉ duy trì ở mức –Ubh. Bây giờ ta lại

u 2

giảm Uv, tương tự, Ur sẽ duy trì ở mức – Ubh tới khi Uv = Uch - (gần đúng coi Uv = Uch) thì

mạch sẽ hoàn toàn lật sang mức +Ubh. Nếu tiếp tục giảm Uv, điện áp ta vẫn duy trì ở + Ubh.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 23

Xét sơ đồ không đảo:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Ta thấy UD = Uv – Uch.

Lý luận tương tự, ta có đặc tính truyền đạt Ur( Uv) của mạch so sánh không đảo như hình.

Chú ý: Ta hiểu

 Ngưỡng đóng Uđ là ngưỡng điện áp để mạch so sánh chuyển từ trạng thái mở, ứng

với Ur = -Ubh, sang trạng thái đóng với Ur = +Ubh.

 Ngưỡng mở Um là ngưỡng điện áp để mạch chuyển từ trạng thái đóng sang trạng

thái mở.

Mạch so sánh hở có hai nhược điểm.

 Độ nhậy ∆u và thời gian lật trạng thái của mạch không đủ nhỏ khi có yêu cầu cao.

 Ngưỡng đóng Uđ và ngưỡng mở Um của mạch so sánh là như nhau và bằng Uch.

(Uđ= Um = Uch). Do vậy mạch làm việc không ổn định khi có tác động của nhiễu.

Để khắc phục hai nhược điểm trên, người ta dùng mạch so sánh có trễ, thường gọi là Trigger

Smith.

B.Mạch so sánh có trễ ( Trigger Smith)

Mạch có cấu trúc vòng kín với đường phản hồi dương nên thúc đẩy nhanh quá trình chuyển

trạng thái; đặc tính truyền đạt có ngưỡng mở và ngưỡng đóng phân biệt (Uđ≠Um).

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 24

Xét sơ đồ trigger smith đảo:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

U

U



P

r

R 2 R R  2

1

Ta thấy mạch có đường phản hồi dương với điện áp phản hồi:

Nên điện áp ra Ur chỉ có thể ở mức –Ubh hay + Ubh. Mặt khác, nếu coi độ nhậy ∆u≈ 0 thì khi

Uv = Up mạch sẽ lật trạng thái, chuyển từ +Ubh sang –Ubh hoặc ngược lại. Nếu mạch đang ở trạng

U

U

U





m

p

bh

R 2 R R  2

1

thái đóng với Ur= + Ubh thì ngưỡng mở của mạch là:

U

 

U U  d

p

bh

R 2 R R  2

1

Khi mạch đang ở trạng thái mở với Ur= -Ubh thì ngưỡng đóng của nó là:

Như vậy ngưỡng đóng và mở của Trigger Smith đảo theo và là phân biệt nhau (bằng nhau về

độ lớn nhưng khác dấu). Đặc tính truyền đạt của Trigger cho ở hình cho ta thấy:

Khi Uv < Um Trigger ở trạng thái đóng với Ur= +Ubh; tới khi Uv≥Um, Trigger chuyển sang

trạng thái mở với Ur = - Ubh. Lúc này, để Trigger quay về trạng thái đóng thì yêu cầu Uv phải bằng

hoặc nhỏ hơn ngưỡng đóng.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 25

Xét trigger smith không đảo:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

U

r

Up 

R 1 R R  2

1

Mạch có phản hồi dương với điện áp phản hồi

U

U

 

Nó sẽ lật trạng thái khi Up = 0.

bh

d

R 1 R 2

U

U

 

Với ngưỡng đóng là:

bh

m

R 1 R 2

Ngưỡng mở là:

5. Mạch đa hài phiếm định dùng OP AMP

A. Sơ đồ hoạt động của mạch:

Sơ đồ gồm Triger Smith đảo với điện áp vào chính là điện áp trên tụ Uc, và mạch R-C để

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 26

định chu kỳ T của dãy xung vuông góc ở đầu ra. Mạch của OP AMP và R-C họp thành một mạch phóng/ nạp cho tụ C. Khi Uc = U+ thì điện áp ở đầu ra sẽ lật trạng thái ( sẽ đảo trạng thái)

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

B. Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi UC < Um: Trigger ở trạng thái đóng: Ur = Ubh

UC ≥Um: trigger chuyển sang trạng thái mở Ur = - Ubh.

U

U

 

d

bh

R 2 R R  2

1

U

U

 

m

bh

R 2 R R  2

1

Để Trigger quay về trạng thái đóng thì yêu cầu Uv phải bằng hoặc lớn hơn ngưỡng đóng.

Giả sử ở thời điểm t = 0, mạch đang từ trạng thái mở, ( Ur = - Ubh), sang trạng thái đóng

U

U

U

 

 

(Ur = + Ubh). Lúc đó, điện áp U+ ở cực “+” OP AMP sẽ từ ngưỡng đóng chuyển sang ngưỡng mở

bh

d

1

R 2 R R  2

1

U

U

 

 

Ngưỡng đóng:

bh

m

U 1

R 2 R R  2

1

Ngưỡng mở:

Đồng thời, tụ C được nạp theo chiều Ur = + Ubh → R→ C → mass. Điện áp Uc tăng từ

ngưỡng đóng Uđ = - U1 quan hệ theo hàm mũ:

Uc = Ubh – ( U1 + Ubh)e-t/RC

Tại thời điểm t1, khi Uc đạt và chớm vượt ngưỡng mở Um = +U1 thì điện áp Ur lật sang – Ubh và U+ lại chuyển sang ngưỡng đóng –U1. Tụ C bắt đầu phóng điện theo chiều : cực bản

phía phải tụ →mạch OP AMP với Ur = - Ubh → mass. Tới thời điểm t2, Uc đạt và chớm âm

hơn ngưỡng đóng – U1 nên Ur lại chuyển lên + Ubh. Quá trình cứ tiếp diễn tương tự và điện

áp ra là một dãy xung vuông góc đối xứng, vì hằng số thời gian phóng/ nạp của tụ là như

nhau và đều bằng RC.

R 1

R 2

T

2

RC

ln





t 2 1

2  R 1

  

  

Chu kỳ T của dãy xung:

Nếu chọn R1 = R2 thì T ≈2,2 RC

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 27

Ta thấy độ xung ra ở hai nữa chu kỳ bằng nhau vì tụ đều nạp và xả qua R .

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Vậy để tạo độ rộng xung ra khác nhau ở hai nữa chu kỳ thì tụ phải nạp và xả theo hai con

đường khác nhau . Sau đây là sơ đồ mạch :

2

)

 chu kỳ dao động T = T1 + T2

R 2 R 1

2

)

với T1 = R.C.ln(1+

R 2 R 1

2

)

T2 = R’ C.ln(1+

R 2 R 1

T= (T1+T2).ln(1+

Dạng xung ra ở mỗi nửa trong cùng một chu

kỳ sẽ có độ rộng khác nhau.

6. Mạch đa hài phiếm định dùng OP AMP có tần số thay đổi được.

Từ công thức tính chu kỳ T của dãy xung vuông góc ở đầu ra, ta thấy có hai cách điều

chỉnh chu kỳ T:

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 28

 Điều chỉnh hằng số thời gian phóng/ nạp RC của tụ bằng cách thay đổi R (hoặc C)

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

 Điều chỉnh tỉ số hai điện trở R1/R2 để thay đổi ngưỡng đóng Uđ và ngưỡng mở Um của

Trigger Smith

Hình trên ta sử dụng cả hai biện pháp trên: chiết áp RCA1 cho phép thay đổi hằng số thời

gian phóng/ nạp của tụ. Chiết áp RCA2 cho phép làm thay đổi ngưỡng đóng/ mở của Trigger

Smith. Nếu chọn RCA1 = 0 ÷100k Ω, RCA2 = 0÷ 10k Ω, R1=47 k Ω, R2 = 10 k Ω, R3=1k Ω,

C= 10nF, thì ta có thể điều chỉnh được dãy xung vuông góc ở đầu ra trong dải khoảng từ

300Hz đến 5kHz. Ngoài ra, chiết áp RCA3=0÷10k Ω còn cho phép thay đổi biên độ của dãy

xung ra.

Ảnh hưởng của tụ điện đến tần số ra của mạch:

200

150

100

Series1

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tần số và tụ điện:

e c n e q e r F

50

0

0

500

1000

1500

Capacite

Điện dung của tụ càng lớn, thời gian nạp hay xã của tụ càng lâu thì, chu kỳ càng lớn, tần số

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 29

càng thấp

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

350 300

Series1

e c n a t s i s e R

250 200 150 100

50 0

0

100

200

300

Frequence

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 30

Đối với các giá trị điện trở R nhỏ ( R < 10k  ) xung ra sẽ không còn vuông nữa

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Thật khó có thể kể hết được sự phong phú đa dạng của ứng dụng của mạch đa. Nó có mặt ở

khắp mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta từ những mạch điện đơn giản trong những còi báo

động chống trộm hàng ngày, hay trong những thiết bị điện tử, dụng cụ âm nhạc, những hệ thống

mạch điện chiếu sáng, những mạch điện vận hành máy móc trong công nghiệp đến những vi mạch

trong thanh ram, thẻ nhớ, thanh ghi… của máy vi tính ngày nay.

Mạch dao động đa hài tạo ra sóng vuông có thể được tạo ra từ nhiều linh kiện điện tử khác

nhau, tùy theo mục đích sử dụng và trạng thái hoạt động của mạch mà người ta sử dụng các cách

mắc, các linh kiện và các trị số khác nhau. Ngày nay, việc tạo ra mạch dao động đa hài bằng

những linh kiện rời rạc không còn được sử dụng nữa, vì tính phức tạp và tốn khá nhiều diện tích,

và độ tin cậy không cao. Mạch dao động đa hài thường được chế tạo dưới dạng IC tích hợp, hay

những mạch logic… để khắc phục những nhược điểm trên. Ta có thể tìm hiểu ứng dụng của mạch

dao động đa hài thông qua hoạt động của những IC này trong một số mạch sau:

I.OP AMP

1. Mạch đa hài phiếm định dùng OP AMP

Thường được sử dụng để tạo dãy xung vuông góc với những tần số xác định thường được

dùng phổ biến nhất là làm mạch điều khiển sự nhấp nháy của các đèn LED trên các bảng quảng

cáo. Ngoài ra, lợi dụng sự khuếch đại của IC OP AMP mạch dao động đa hài phiếm định còn

được dùng làm mạch báo động khi cường độ phát sáng của đối tượng cần theo dõi vượt qua

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 31

ngưỡng của nó.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hình trên là một mạch đa hài phiếm định mà RQ – là mạch định thời ( mạch phóng/ nạp của tụ

c). RQ là một điện trở quang bán dẫn có giá trị phụ thuộc vào quang thông tới nó: RQ sẽ giảm khi

ánh sáng chiếu vào mạnh. Ngưỡng đóng/ mở của Trigger Smith là:

Uđ = U + |Ur = -Ubh = - U bh/ 2

Um= U + |Ur = +Ubh = + U bh/ 2

Điểm đặc biệt nhất của mạch là có điện trở RCA. Nó cùng với RQ tạo thành mạch chia điện áp

u

u





c

r

R

R CA 

CA

R Q

ra Ur, và điện áp trên tụ khi ổn định:

Ta thấy, nếu RCA < RQ thì |Uc| < | Ur/2|, nghĩa là Uc không thể đạt tới ngưỡng đóng/ mở của

Trigger. Điện áp ra không thể lật trạng thái và không có dãy xung vuông dóc ở đầu ra vậy, điều

kiện để mạch đa hài phiếm định làm việc là :

RCA > RQ

a) Mạch này được dùng làm mạch báo khi trời sáng. Khi trời tối, RQ > RCA nên mạch không

làm việc. Khi trời sáng, RQ < RCA và mạch phát ra dãy xung vuông góc điều khiển còi kêu.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 32

b) Nếu ta đem đổi chỗ hai vị trí của RCA và RQ, ta sẽ có mạch báo trời tối.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Khi trời còn sáng, RQ < RCA nên mạch không làm việc.

Khi trời tối, RQ>RCA và mạch tạo ra dãy xung vuông góc ở đầu ra.

Dãy xung này, dùng để điểu khiển sự chiếu sáng nhấp nháy liên tục của một mảng đèn quảng

cáo. ở đây, mạch có thêm vai trò như một rơle thời gian, tự động điều khiển sự nhấp nháy của

mảng đèn quảng cáo khi trời tối.

c) Dùng phát hiện nhiệt độ của đối tượng cần theo dõi khi vượt quá ngưỡng cho phép. Điện

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 33

trở nhiệt bán dẫn RT đo nhiệt độ của đối tượng. Khi nhiệt độ tăng thì RT giảm.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

2. Mạch tự báo động dùng IC 741 có rơle tự bảo

Mạch này phát ra loa liên tục khi các khóa S chập, phát hiện có kẻ gian nhập vào nhà, lúc này,

loa không ngừng phát báo động

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 34

Chỉ khi ta ấn nút Reset thì loa mới chịu tắt.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Mạch dao động và tầng công suất loa được khống chế bởi khóa điện T1 mà tải của nó là cuộn

dây rơle RLA. Rơle có một má tiếp điểm RLA/1 dùng để nối dòng cho rơle khi các khóa S1 S2 S3

đều hở. Dòng phân cực bazơ T1 lấy từ mạch phân áp R7 R8 qua các khóa S1 S2 S3 nối song song.

Bình thường mạch ở trạng thái chờ, các khóa S1 S2 S3 đều hở, T1 không dẫn, mạch không dao

động nên dòng rất nhỏ.

Nếu có kẻ gian xâm nhập, thì một hay vai khóa đóng, làm T1 dẫn, rơle RLA hút, má RLA/1

đóng, mạch dao động được cấp điện và loa phát âm thanh báo động

Nhờ má tự bảo RLA/1 nên mặc dù các khóa S1 S2 S3 đều hở, kẻ gian đã vượt qua và đang đột

nhập vào nhà mà cuộn dây RLA vẫn còn được cấp điện, nên rơle vẫn tiếp tục hút chặt mà tiếp xúc

RLA/1, duy trì nguồn cấp mạch báo động liên tục. Chỉ khi ấn nút Reset, rơle mới ngưng làm việc.

Các trị số của mạch báo động dùng rơle tự bảo:

R1 = 100KΩ, R2 = 100KΩ, R3=100KΩ, R4 = 10KΩ , R5 = 10KΩ, R6 = 27KΩ

R7 = 12KΩ, R8 = 2,7KΩ, C1= 0,01µF, C2 = 100/18 µF, C3 = 0,01 µF

Transistor T1 loại 2N3704, T2 loại 2N3704, T3 loại 2N2703

OP AMP : µA741

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 35

Nguồn nuôi từ 8 đến 18V

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

II. FLIP FLOP

Thuật ngữ FLIP FLOP để chỉ ra hoạt động của thiết bị nhớ: hoặc nó “ bật vào” ( flip) giá trị

này hoặc nó “bật ra” ( flop) giá trị kia.

Như đã giới thiệu ở khái niệm về mạch dao động đa hài, Flip Flop là mạch dao động hai trạng

thái bền, tạo ra xung vuông và chỉ đổi trạng thái khi có xung kích khởi từ bên ngoài. Flip- Flop

còn được gọi là mạch có khả năng nhớ vì đặc tính này.

Trong kỹ thuật, Flip – Flop là mạch logic có một hoặc hai đầu vào điều khiển, hai đầu ra. Tín

hiệu trên hai đầu ra Flip –Flop phụ thuộc nhau: nếu một đầu ra có tín hiệu là Q thì ở đầu ra kia sẽ

là phủ định của Q. Khi tín hiệu ở cửa vào thỏa mãn điều kiện điều khiển, đầu ra Q sẽ lật trạng thái

từ mức logic thấp L lên mức logic cao H hoặc ngược lại. Đặc điểm của Flip- Flop là : khi không

có điều khiển ở cửa vào, mức logic ( L hoặc H) ở đầu ra được duy trì ổn định.

Tùy theo số đầu vào điều khiển, Flip flop gồm bốn loại chính:

S-R, J-K, T, D.

Hình bên giới thiệu một trong những loại Flip Flop trên đó là

S-R Flip Flop .

S-R FF là loại có hai đầu vào điều khiển S, R. Đầu S gọi là

t). đầu vào “ ghi” (set), và R là đầu vào “ xóa” ( rese

Trạng thái ở đầu ra Q phụ thuộc vào các tín hiệu logic ở hai đầu vào điều khiển S,R.

t+ t

Kí hiệu Qt+ chỉ giá trị logic ở đầu ra Q sau thời Q

điểm t, là thời điểm đặt các tín hiệu điều khiển logic ở

Ý nghĩa Lưu giữ Ghi Xóa Không xác

các đầu vào S,R.

định

SR 00 Q 10 1 01 0 11 ? Kí hiệu Qt chỉ giá trị logic ở đầu ra Q tại thời điểm t.

Kí hiệu S,R gọi là các đầu vào điều khiển, điều Bảng trạng thái của Flip - Flop.

khiển các trạng thái của Flip Flop ở đầu ra.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 36

Ta thấy:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

 Khi S = 1, R = 0 thì Qt+ = 1 là điều kiện điều khiển ghi ( Q =1)

 Khi S = 0, R =1 thì Qt+ = 0 là điều kiện điều khiển xóa ( Q= 0).

 Nếu S = R =0 thì Qt+ = Qt; nghĩa là Q không thay đổi trạng thái đã có của nó. Vậy

khi không còn tín hiệu điều khiển ghi hay xóa ở cửa vào, Flip Flop vẫn giữ nguyên trạng

thái đã có của nó. Ta nói, khi S= R= 0 thì Flip Flop lưu giữ thông tin.

 Nếu S = R = 1, đầu ra Q có thể là 1, có thể là logic 0, ta nói trạng thái Flip Flop là

không xác định.Vậy không bao giờ đặt đồng thời logic1 vào S và R.

Ta thường dùng Flip – Flop làm phần tử lưu giữ tín hiệu điều khiển trong các mạch điều khiển

số. Chúng ta hãy cùng phân tích một ví dụ hình bên dưới

Khi S = 1 logic H và R – 0 logic = l thì Q = 1 logic = H, khóa transistor dẫn bảo hòa. Qua cuộn

dây rơle cơ- điện có dòng, làm đóng mạch thắp sáng đèn Đ. Khi S = R= 0 , nghĩa là không còn tín

hiệu điều khiển đóng, đầu ra Q của S-R FF vẫn duy trì mức cao H và mạch chiếu sáng đèn vẫn

đóng. Muốn ngắt mạch, ta đưa tới cửa vào Flip – Flop tín hiệu ngắt S = 0, R = 1, đầu ra Q sẽ lật

xuống mức thấp L làm transistor khóa.

Flip – Flop là những phần tử lưu giữ 1 bit thông tin. Chúng là những phần tử cơ bản cấu thành

các mạch logic dãy như bộ đếm, thanh ghi dịch, thanh ghi, bộ nhớ RAM…

1. Bộ đếm

Một trong những chức năng hữu ích nhất mà bạn sẽ sử dụng khi phát triển các mạch kỹ thuật

số là bộ đếm. Bộ đếm thực sự là một chi tiết nhỏ của nhiều chip phức tạp, vì nó tạo ra một phương

thức cơ bản để duy trì trạng thái hoạt động hiện hành cùng với một phương pháp để phát triển

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 37

sang trạng thái kế tiếp.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Mạch bộ đếm cơ bản bao gồm một tập hợp các flip flop kích và được kích từ một bộ cộng.

Khi “ xung đồng hồ đếm” thay đổi trạng thái, các giá trị đầu ra của bộ cộng ( là giá trị của D

Flip Flop cộng thêm 1) được đưa đến các đầu vào thanh ghi bit D Flip Flop như là giá trị được lưu

tiếp theo.

Chú ý: JK Flip Flop là loại Flip Flop bổ sung thêm trạng thái cho RS FF ( tránh trạng thái cấm,

trạng thái không xác định. Bảng trạng thái của JK Flip Flop:

Bộ đếm là một trong những mạch logic được dùng rộng rãi nhất trong kỹ thuật số, trong các hệ

thống đo lường và điều khiển số. bất kỳ một trạng thái công việc nào có sử dụng tính đếm thì đều

sử dụng bộ đếm: ví dụ như đếm số người đi qua cổng, đếm số người cập nhập vào trang Web,

đếm sản phẩm trong hệ thống dây chuyền sản xuất..

Mặt khác, hoạt động của một bộ đếm đều có tính chu trình, nghĩa là : khi đã đếm được số

xung cực đại, bằng dung lượng của nó, nếu có thêm một xung tới thì bộ đếm tự động quay về

trạng thái ban đầu để tiếp tục một chu trình đếm mới.Chúng có thể được sử dụng để tạo lập mạch

phát ra một dãy xung có số xung xác định trước, hoặc sử dụng nó để làm mạch chia tần số của

một dãy xung. Hoặc đối với bộ đếm chạy vòng, chúng thường dùng để điều khiển những hoạt

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 38

động có tính trình tự và chu trình. Ví dụ như điều khiển ánh sáng chạy của một đèn quảng cáo.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Tín hiệu ở các đầu ra Q0 ÷Q n-1 sẽ dẫn tới điều khiển sự làm việc của n đối tượng, đó là

những công tắc các mạch chiếu sáng hàng đèn quảng cáo. Dãy xung nhịp từ mạch phát xung dùng

Time 555 làm thay đổi một cách tuần tự mức logic trên các đầu ra bộ đếm vòng, từ Q0÷Qn-1 và lại

lặp lại sau n xung tới bộ đếm. Kết quả là tạo được một ánh sáng chạy vòng phát ra từ hàng đèn

quảng cáo.

2. Bộ nhớ

Trong các hệ thống xử lí tín hiệu, những dữ liệu thường phải được lưu giữ trong một thời gian

hoặc lâu dài, dưới dạng các từ mã nhị phân n bít. Bộ nhớ là thiết bị thực hiện nhiệm vụ này. Hoạt

động của nó có thể nằm ở một trong ba quá trình sau:

 Nhận thông tin từ ngoài đưa vào, gọi là quá trình ghi thông tin.

 Lưu giữ thông tin ( còn gọi là chế độ chờ)

 Gọi thông tin cất trong bộ nhớ ra – quá trình đọc thông tin.

Cấu trúc cơ bản của bộ nhớ là một giá đỡ thông tin. Nó gồm các mắt nhớ ( hay còn gọi là các

tế bào nhớ). Mỗi mắt nhớ lưu giữ giá trị logic của một bit thông tin, về nguyên tắc thì bất kỳ phân

tử vật lý nào có hai trạng thái ổn định đều có thể dùng làm mắt nhớ: Các khóa Diot, transistor, tụ

điện hoặc Flip Flop. Tùy theo chức năng sử dụng, thời gian lưu giữ tín hiệu của bộ nhớ mà người

ta sử dụng các linh kiện khác nhau để làm mắt nhớ.

Có những bộ nhớ thông tin được lưu giữ lâu dài: ví dụ các bộ nhớ từ, bộ nhớ bán dẫn loại chỉ

đọc (ROM). Chúng gọi chung là các bộ nhớ cố định.

Có những bộ nhớ thông tin chỉ được lưu giữ khi hãy còn nguồn điện cung cấp, mất điện,

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 39

thông tin ghi trong bộ nhớ cũng bị xóa đi. Đa số các bộ nhớ bán dẫn ghi/ đọc thuộc loại này, gọi

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

chung là bộ nhớ tạm. Chúng là các bộ nhớ không thể thiếu trong hệ thống vi xử lý. Thời gian truy

cập thông tin của các bộ nhớ bán dẫn đủ nhỏ để không làm chậm việc xử lý tín hiệu.

Bộ nhớ ghi/ đọc truy cập trực tiếp, gọi tắt là RAM ( Random Access Memory), là những bộ

nhớ mà mỗi mắt nhớ là một D-Flip Flop.

Các RAM dùng D-Flip Flop làm mắt nhớ gọi là RAM tĩnh ( Static RAM hay SRAM). Loại

này tốc độ truy cập cao nhưng dung lượng không lớn mà giá thành cao.

Mỗi ô lưu trữ RAM cơ bản được hình thành từ một D Flip Flop, ta có thể hình dung hoạt động

của một mạch Flip Flop này như sau:

Ban đầu: Một transistor đang ở trạng thái dẫn, và một transistor đang ở trạng thái tắt. Lúc

transistor tắt bị tác động chuyển sang trạng thái dẫn do bởi một xung của bộ kích khởi ngoài, thì

transistor vốn từ ban đầu đang ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái tắt. Như vậy có hai trạng

thái ổn định dùng để lưu giữ thông tin ở dạng logic 0 và 1.

RAM tĩnh (SRAM) sử dụng một công nghệ hoàn toàn khác RAM động, chúng không cần

được làm tươi. Nhờ vậy, tốc độ của RAM tĩnh nhanh hơn rất nhiều so với RAM động. Tuy nhiên,

vì nó cần đến nhiều thành phần nên tế bào bộ nhớ tĩnh chiếm nhiều không gian trên chip hơn là tế

bào bộ nhớ động. Do đó, trên cùng một chip, chúng ta có ít bộ nhớ hơn. Dẫn đến việc chế tạo

RAM tĩnh tốn nhiều chi phí hơn. RAM tĩnh nhanh và đắt tiền. Ram động rẽ nhưng chậm hơn.

Ram tĩnh thường được dùng để chế tạo các bộ đệm nhạy tốc độ cho CPU. Trong khi RAM động

thường dùng làm không gian nhớ chính cho hệ thống.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 40

Các bạn có thể quan sát một thanh RAM của máy vi tính ở hình dưới đây:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

3. Thanh ghi:

Ở phần trước ta đã được biết đến các loại FF. Chúng đều có thể lưu trữ (nhớ 1 bit) và chỉ khi

có xung đồng bộ thì bit đó mới truyền tới ngõ ra (đảo hay không đảo). Bây giờ nếu ta mắc nhiều

FF nối tiếp lại với nhau thì sẽ nhớ được nhiều bit. Các ngõ ra sẽ phần hoạt động theo xung nhịp

ck. Có thể lấy ngõ ra ở từng tầng FF (gọi là các ngõ ra song song) hay ở tầng cuối (ngõ ra nối

tiếp). Như vậy mạch có thể ghi lại dữ liệu (nhớ) và dịch chuyển nó (truyền) nên mạch được gọi là

ghi dịch. Ghi dịch cũng có rất nhiều ứng dụng đặc biệt trong máy tính, như chính cái tên của nó:

lưu trữ dữ liệu và dịch chuyển dữ liệu chỉ là ứng dụng nổi bật nhất

 Cấu tạo

Ghi dịch có thể được xây dựng từ các FF khác nhau và cách mắc cũng khác nhau nhưng thường

dùng FF D, chúng được tích hợp sẵn trong 1 IC gồm nhiều FF (tạo nên ghi dịch n bit). Hãy xem

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 41

cấu tạo của 1 ghi dịch cơ bản 4 bit dùng FF D

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hình 3.2.1 Ghi dịch 4 bit cơ bản

 Hoạt động

Thanh ghi, trước hết được xoá (áp xung CLEAR) để đặt các ngõ ra về 0. Dữ liệu cần dịch chuyển

được đưa vào ngõ D của tầng FF đầu tiên (FF0). Ở mỗi xung kích lên của đồng hồ ck, sẽ có 1 bit

được dịch chuyển từ trái sang phải, nối tiếp từ tầng này qua tầng khác và đưa ra ở ngõ Q của tầng

sau cùng (FF3). Giả sử dữ liệu đưa vào là 1001, sau 4 xung ck thì ta lấy ra bit LSB, sau 7 xung ck

ta lấy ra bit MSB.

Dữ liệu được đưa vào thanh ghi khi đường điều khiển R/W control ở mức cao (Write). Dữ liệu chỉ

được đưa ra ngoài khi đường điều khiển ở mức thấp (Read).

Ngoài ra, Flip Flop còn được sử dụng trong việc tích hợp để chế tạo ra những IC khác, ví dụ

như IC 555 mà ta sẽ nguyên cứu sau đây.

III. IC 555

Hay còn được gọi là Time 555 là một vi mạch định

thời rất thông dụng. trong 40 năm qua, nhiều người đã

sáng tạo ít nhất là hằng trăm trong hàng ngàn ứng dụng có

thể có, bằng cách sử dụng con chíp này. Nó có thể được

sử dụng theo nhiều chức năng: làm mạch đa hài đơn ổn

hoặc phiếm định, để tạo một xung vuông đơn hay một dãy

xung vuông góc lặp lại. Thời gian định thời có thể thay

đổi từ µs đến vài trăm giây nhờ một mạch R-C đơn giản,

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 42

với độ chính xác điển hình là ±1%.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Có hai loại mạch định thời thông dụng nhất là Time 555 chế tạo theo công nghệ transistor

lưỡng cực (BJT) và Timer 7555 chế tạo theo công nghệ CMOS.

Cấu tạo của IC 555 gồm 3 điện trở phân áp 5k  , 2 bộ so sánh Op-amp, mạch lật và transistor

để xả điện.

Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo này tạo nên

điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của OP-AMP 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào

chân âm của OP-AMP 2. Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC , chân S = [1] và FF được kích.

Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 VCC , chân R của FF = [1] và FF được Reset.

Hình ІІ.2: Sơ đồ khối chức năngcủa IC 555.

Sau đây ta sẽ khảo sát một số mạch dao động đa hài thông dụng dùng IC555. IC555 trong các

mạch đa hài một trạng thái bền thường được coi như một rơ-le thời gian

Chế độ làm việc của IC555 trong mạch đa hài một trạng thái bền.

1. Rơ le tạo xung chuẩn đơn ổn:

Mạch đa hài đơn ổn dùng IC 555 được sử dụng chủ yếu như một rơle thời gian, để điều khiển

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 43

hoạt động của một đối tượng nào đó trong một thời gian xác định.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Mạch điện được cấp nguồn trước, tiếp điểm K thường hở nên chân 2 của vi mạch 555 có điện

áp mức cao +Vcc. Lúc đó, do cấu trúc bên trong, chân 7 của vi mạch 555 bị nối xuống mass do

một transistor dẫn bão hòa, tụ C nối vào chân6-7 cũng bị nối mass nên tụ không nạp điện được,

ngõ ra chân 3 có điện áp mức thấp, transistor không dẫn và rơ-le không có điện, các tiếp điểm ở

trạng thái bình thường.

Khi có tín hiệu điều khiển ( tiếp điểm K đóng dạng xung kích, đóng rồi lại mở tức thời, làm

điện áp chân 2 giảm xuống mức 0V, các linh kiện trong vi mạch 555 đổi trạng thái, chân 7 hở mas

và tụ C bắt đầu nạp điện qua điện trở R. Lúc đó, ngõ ra chân 3 có điện áp mức cao ( gần bằng

+Vcc) nên transistor được phân cực bão hòa sẽ dẫn điện cấp nguồn cho rơ-le RY, các tiếp điểm

đổi trạng thái.

Khi tụ C nạp làm điện áp tăng đến mức 2/3Vcc thì các linh kiện tích cực trong vi mạch 555 lại

đổi trạng thái, chân 7 nối mas, tụ C xả nhanh và ngõ ra chân 3 có điện áp mức thấp ≈0,2V,

transistor ngưng dẫn và rơ-le mất điện, các tiếp điểm trở lại trạng thái bình thường

Thời gian rơ-le RY có điện chính là thời gian tụ C nạp từ 0V lên đến 2/3Vcc và được tính theo

công thức:

Tx= 1,1 .R.C

Thời gian Tx chính là độ rộng của xung chuẩn ở ngõ ra. Để thời gian đổi độ rộng xung chuẩn,

người ta điều chỉnh biến trở như hình vẽ. Điện trở 10KΩ nối tiếp với biến trở để giới hạn dòng

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 44

điện từ nguồn +Vcc vào chân 7, tránh hư linh kiện bên trong IC.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Khi tiếp điểm K đóng, chân 2 được xem như chân nhận xung âm và đó là thời điểm mạch đổi

trạng thái. Sau thời gian Tx, mạch tự trở lại trạng thái bình thường.

Rơ-le tạo xung chuẩn thường dùng trong các hệ thống sản xuất lương thực, thực phẩm, rượu

bia, nước ngọt. Tín hiệu đóng K chính là tín hiệu báo khi có vỏ chai chạy đến, thời gian xung

chuẩn Tx là thời gian mở van để châm nước ngọt hay rượu bia vào chai. Khi hết xung sẽ có tín

hiệu điều khiển đẩy chai đi.

Sơ đồ tự động bật đèn chiếu sáng ở cổng khi có khách đến vào buổi tối.

Trên sơ đồ, nút ấn N dùng để phát hiện khi có khách đến ( ví dụ đặt ở cổng, khi mở cổng thì

nút N bị nhấn và đóng mạch). RQ là phần tử quang điện trở bán dẫn; cường độ chiếu sáng vào

phần tử càng mạnh thì RQ càng giảm. Nó dùng để phân biệt trời tối và sáng.

Xét hoạt động của sơ đồ: IC 555 được đấu thành mạch đa hài đơn ổn;

Tải ở chân ra 3 là cuộn dây Rl của rơle điện tử với tiếp điểm thường mở K; RQ – RCA họp

thành phân áp và ta điều chỉnh RCA ở trị số sao cho vào ban ngày, RQ nhỏ, điện áp UA tại điểm A

ccU 3

lớn hơn ngưỡng kích khởi yêu cầu đặt lên chân kích khởi 2 (uA > ), vào buổi tối RQ lớn và UA

ccU 3

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 45

). trở nên dưới ngưỡng kích khởi ( UA <

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Khi nút N hở, toàn bộ nguồn cung cấp +Ucc đặt trên chân 2 nên mạch không hoạt động. Ban

ngày, nếu nhấn nút N thì mạch vẫn không làm việc, vì điện áp UA ở chân a truyền qua tụ C2 vào

ccU 3

. thẳng chân 2 vẫn cao hơn ngưỡng kích khởi. Chỉ buổi tối, RQ đủ lớn để UA <

Nếu có khách đến, nút N bị nhấn và UA truyền ngay qua tụ C2 tới chân 2 sẽ kích khởi sự hoạt

động của IC 555. ở đầu ra 3 xuất hiện một xung vuông, biên độ khoảng bằng +Ucc. Qua cuộn Rl

có dòng làm đóng tiếp điểm K của mạch xoay chiều, cung cấp cho đèn Đ chiếu sáng đặt ở cổng.

Đèn chỉ sáng trong khoảng thời gian tx ≈ 1,1 R1C1 là thời gian tồn tại xung ở chân 3.

Các linh kiện trên sơ đồ có thông số như sau:

R1 = 470KΩ, C1 = 100 µF, R2 = 100KΩ, R3 = 330KΩ, C2 = 10nF, RCA = 0÷47K

Phần tử quang điện trở Sulfit-Cadmium có RQ = 1÷47, cuộn dây rơle Rl:12V, 100Ω

D1, D2 là loại 1N4001

Với các trị số như trên thì đèn Đ sẽ sáng trong khoảng 50 giây.

2. IC555 trong các mạch đa hài phiếm định

 Sơ đồ một đàn điện tử đơn giản dùng IC 555.

Đàn có 5 phím nhấn P1÷P5 nối tiếp với các tụ C1÷C5. Nhấn các phím khác nhau, màng loa sẽ

rung với các tần số khác nhau, tạo thành một dải âm xác định. Tăng số phím ấn, ta sẽ mở rộng

được dải âm của đàn. Trị số điển hình của các linh kiện trên sơ đồ: R1 = 0÷100K Ω, R2 = 1K Ω,

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 46

Loa 8 Ω, C1 = 0,1µF, C2 = 0,05µF, C3 = 0,01µF, C4 = 0,005µF ; C5 = 0,001µF

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

 Mạch báo động dùng IC 555 có khóa đóng mở.

Đây là mạch báo động đơn giản dùng vi mạch 555 mắc thành bộ dao động kết hợp với khóa

đóng mở đặt trong nhà.

Hình này dùng khóa luôn ở trạng thái bình thường. Khóa được giấu kín và cài ở cửa, ở hộc tủ

hay ở nơi nào đó để khi di chuyển như mở cửa, dắt xe, mang tivi… thì khóa K1 đóng mạch là

máy báo động vang trong nhà. Chủ nghe được, chân kẻ gian chạy đến..

Nguyên tắc làm việc của mạch báo động dùng IC 555 có khóa đóng mở như sau:

Bình thường khóa K1 hở, ngắt nguồn 12V làm cho các cổng thềm 6 và Trigger 2 cũng như

Discharge 7 không có điện áp, nên không thể dao động.

Khi kẻ gian mở tủ làm khóa K1 đóng mạch, nguồn 12V nạp cho tụ C1. Tụ C1=47 µF nạp nhanh

đến mức thềm ( 2/3 Vcc thì mạch dao động phát ra âm báo động ra loa).

Để phục hồi trạng thái ban đầu phải mở khóa K1 lúc này tụ C1 xả qua R2: 100K tới mức

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 47

ngưỡng thềm thì mạch mất dao động, âm thanh ngắt.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hình trên dùng khóa K2 luôn đóng ở trạng thái thường khóa. Khác với hình trước, tụ C1 = 4,7µ

luôn được cấp điện ban đầu để nạp đầy, sẵn sàng chở để phóng sang R2 : 470 KΩ ) nhưng các

cổng thềm Trigger không được cấp điện nên mạch chưa dao động. Khi kẻ gian đột nhập, làm cho

khóa K2 tiếp má A, áp trên tụ C1: 4,7 µF sẽ cấp cho tụ C2 : 0,01µF làm cho mạch dao động và

phát âm ra loa.

: chú ý

Mạch chỉ dao động trong khoảng thời gian rất nhất định, bằng thời gian C1 xả tỏa qua R2 đến

khi điện áp trên tụ giảm xuống dưới mức thềm 2/3VCC thì ngừng dao động. Đưa mạch điện trỏ về

trạng thái hờ thì phải để khóa K2 về bên trái. Tốt nhất là dùng 2 khóa mắc vào cùng một vị trí

canh phòng để ngăn ngừa kẻ gian biết đóng của và báo động.

 Mạch còi báo động dùng IC 555

Dãy xung vuông góc gần như đối xứng ở chân ra 3 điều khiển sự đóng mở liên tục của khóa

transistor 2N3055, tạo thành dãy xung dòng điện qua cuộn dây loa, làm màng loa rung với tần số

bằng tần số dãy xung ở đầu ra 3. Mạch ra transistor giữ vai trò khuếch đại công suất, bảo đảm có

thể chọn loa công suất khoảng vài W. Hai điốt D1, D2 tương ứng để bảo vệ transistor và cuộn dây

loa. Sự dao động liên tục và lớn của dòng qua loa gây sự biến động liên tục của điện áp nguồn

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 48

cung cấp. Diot D3 và tụ 470 µF đảm bảo sự ổn định của điện áp cung cấp cho IC 555.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 49

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Cùng với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin như ngày nay, sự phong phú đa

dạng của các phần mềm ra đời ngày càng được nâng cấp, cải thiện đáng kể việc sử dụng vi tính.

Cũng trên đà phát triển như vậy, các phần mềm mô phỏng mạch điện tử ngày càng phát triển phục

vụ tốt hơn cho việc thi công, thiết kế mạch một mạch điện tử, đó là một công cụ hỗ trợ đắc lực

cho các kỹ sư về mặt lý thuyết.

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều phần mềm mô phỏng mạch điện tử khác nhau, như

phần mềm: Workbenches, Circuit Maker, Trax Maker, Protel, Eagle, WinDraft, WinBoard,

Pspice, OrCard…

Sự phong phú và đa dạng của các phần mềm nhằm phục vụ tốt hơn cho người sử dụng trong

việc mô phỏng, tuy nhiên, độ phức tạp và tính mới lạ của mỗi phần mềm cũng gây không ít khó

khăn cho người sử dụng. Trong đề tài, em đi sâu vào nguyên cứu phần mềm ORCAD vì đây là

một phần mềm tương đối đơn giản, phổ biến, dễ sử dụng, nó cũng đã được đưa vào giảng dạy ở

nhiều trường khác nhau.

Trước khi tiến hành lắp ráp một mạch điện tử trên thực tế, các kỹ sư có thể tiến hành việc

lắp ráp mạch mô phỏng trong phần mềm ORCAD để kiểm tra độ chính xác, khả năng hoạt động

của các linh kiện hoặc tiến hành một sự sắp xếp trước để mạch điện trông rõ ràng, thẫm mỹ, và

tiết kiệm được nhiều linh kiện hơn…

Cũng như những phần mềm khác, để thể sử dụng được phần mềm trên máy vi tính, chúng ta

phải tiến hành cài phần mềm vào máy, công việc cài đặt tiến hành đa phần cũng giống như cài đặt

những phần mềm khác, tuy nhiên cũng có một số chỗ đáng lưu ý nên các bạn cần thực hiện theo

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 50

như những hướng dẫn ghi trên đĩa CD.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

I. TẠO MẠCH NGUYÊN LÝ: CAPTURE CIS

Các bạn vào: Start / Programs/ Orcad Realaese 9.2/ Capture Cis

Hoặc để cho thuận tiện, các bạn có thể kéo biểu tượng ra ngoài Desktop và nhấp đôi vào biểu

tượng chương trình.

Để tiến hành tạo một dự án mới, ta cần tạo một Projet mới : Vào File/ New /Projet .

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 51

Hộp thoại New Projet xuất hiện:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Trong phần : Create a New Projet Using.

Tùy theo yêu cầu của người làm mạch mà ta có thể chọn chấm tròn trong những ô khác

nhau, đó là những phần liên thông của Capture với những phần khác, như: Capture liên thông với

Pspice thì đánh dấu trong ô tròn thứ nhất, Capture liên thông với Layout Plus thì đánh dấu trong ô

tròn thứ hai…

Còn nếu như ta chỉ muốn vẽ một mạch điện nguyên lý thì ta chọn chấm tròn trong ô thứ tư:

Schematic. Thông thường ta cứ chọn trong ô tròn thứ 4, còn những phần liên thông, sau khi tạo

xong mạch nguyên lý ta có thể tạo liên thông bằng cách khác.

Đặt tên cho Projet vào khung Name:Ví dụ: MACH DAO DONG DA HAI 1

Nhấp chọn Browse để chọn đường dẫn cho thư mục chứa Projet mới này và nhấp OK .

Lúc này vùng làm việc của Capture Cis xuất hiện.

Bước 1: Bây giờ ta sẽ tiến hành đặt linh kiện lên bảng thiết kế :

trên bảng công cụ vẽ hoặc Để lấy linh kiện , ta nhấp vào biểu tượng Place part

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 52

nhấp chọn lệnh Place / Part

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Trên màn hình sẽ xuất hiện hộp thọai Place Part :

Trong mục: Part (Nơi mà chúng ta gọi tên linh kiện)

Trong mục Liberies, đó là thư viện, nơi chứa các linh kiện.

Mỗi loại linh kiện sẽ chứa trong những thư viện nhất định, chính vì vậy, muốn lấy được linh

kiện ta phải nhớ linh kiện nằm trong thư viện nào. Đối với những người sử dụng chưa thành thạo,

thông thường thì không nhớ hết thư viện nào chứa các linh kiện nào, vì vậy trong phần này, ta cứ

Ctrl A , tức là chọn hết các thư viện.

Để lấy điện trở ta gọi bằng tên “ RESISTOR”, hoặc ta chỉ cần gọi “ R”

Hộp thoại Packaging sẽ hiện hình dạng của điện trở, lúc này ta ấn OK để lấy điện trở ra

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 53

vùng làm việc ( hoặc bạn có thể nhấp đôi vào tên linh kiện).

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Trong vùng làm việc, ta nháy trái chuột vào nơi mà ta cần đặt linh kiện, cứ tiếp tục đặt đủ số

lượng linh kiện cần dùng, sau khi cần đủ lượng linh kiện, ta nhấn ESC để thoát.

Và lại tiếp tục vào thư viện để lấy thêm nhiều linh kiện khác, các bước làm tương tự, nhưng

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 54

ta cũng cần lưu ý một số cách gọi tên các linh kiện thông dụng.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Để lấy tụ điện, bạn gọi tên “ CAPACITOR” hoặc “ C”.

Lấy đèn LED bạn gọi tên “ LED”

Vì Transistor có thư viện riêng, nên trong mục Liberies bạn chọn TRANSISTOR và chọn

loại Transistor tùy ý trong thư viện với kiểu dạng thích hợp.

Tiếp theo ta lấy biểu tượng dùng làm masse :

trên bảng công cụ hoặc vào Place/ Ground : Hộp Nhấp vào biểu tượng GND

thoại Place Ground xuất hiện , trong Libraries chọn CAPSYM, trong khung còn lại chọn

GND/CAPSYM .

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 55

Cuối cùng , ta cũng chọn ESC để thoát khỏi lệnh này .

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Lấy biểu tượng cho nguồn Vcc :

trên bảng công cụ , hoặc vào Place / Part Vào biểu tượng Place Power

Hộp thoại Place Power xuất hiện:

Trong khung Libraries chọn Capsym

Trong khung còn lại chọn VCC/CAPSYM

Lấy nguồn VCC

Để kết thúc lệnh chọn ESC

Bước 2: Bây giờ ta tiến hành sắp xếp linh kiện theo đúng sơ đồ :

Để di chuyển linh kiện đến vị trí khác, ta chọn biểu tượng Select trên thanh công

cụ, sau đó nhấp vào linh kiện và giữ chuột trái, linh kiện sẽ được đóng khung, di chuyển đến vị trí

cần đặt và thả chuột trái .

Ta cũng có thể quay linh kiện theo các góc khác nhau để phù hợp với sơ đồ mạch . Bằng

cách :Nhấp phải chuột và chọn lệnh Rotate hoặc sử dụng phím R, ngoài ra còn có thêm một số

lệnh khác như Mirror Horizontally hay Mirror Vertically … Hay bạn cũng có thể sử dụng các

phím tắt như phím H thay cho lệnh (Mirror Horizontally), phím R (Rotate), phím V (Mirror

Vertically).

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 56

Sau khi thực hiện xong việc sắp xếp, trên bảng thiết kế ta sẽ có như sau:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Bước 3: Tiếp theo ta sẽ chạy dây cho các linh kiện :

trên bảng công cụ hoặc chọn menu Place / Wire . Con trỏ Chọn biểu tượng Place Wire

biến thành biểu tượng hình chữ thập, đưa con trỏ đến chân linh kiện thứ nhất và nhấn giữ chuột

phải kéo nó đến chân linh kiện thứ hai. Nhấp đúp trái chuột để đặt dây, ta được một đoạn dây nối.

Tiếp tục làm như thế cho đến khi hoàn thành mạch .

Nếu giữa các dây nối có giao điểm với nhau thì ta phải chọn biểu tượng Place Junction

trên thanh công cụ để nối chúng lại với nhau. Ta được mạch như sau:

Nếu các giá trị trên mỗi linh kiện không vừa ý, hoặc bạn muốn sơ đồ nguyên lý của mình rõ

hoặc mang tính thẫm mỹ hơn thì bạn có thể chỉnh sửa các linh kiện theo ý thích của mình. Muốn

vậy, bạn làm như sau:

 Để chỉnh sửa hình dạng của linh kiện, bạn nhấp trái vào linh kiện cần thay đổi, sau đó

nhấp phải, chọn Edit Part. Sau khi thay đổi cho vừa ý, bạn nhấp vào biểu tượng Close và nhấp

Update current, có nghĩa là cập nhập sự thay đổi đối tượng.

Ví dụ: bạn muốn thay đổi hình dạng tụ điện.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 57

1. Bạn nhấp phải vào tụ điện cần chỉnh sửa.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

2. Vào Edit Part

3. Trong vùng chỉnh sửa, thay đổi hình dạng như ý muốn

4. Sau đó nhấp Close, và Update Current

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 58

Sau khi vào mục Edit Properties, bạn sẽ vào được vùng sửa đổi của linh kiện.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

 Để chỉnh sử giá trị của linh kiện, bạn có thể nhấp đôi vào trị số linh kiện cần thay đổi,

hoặc nhấp phải và chọn mục Edit Properties. Và ghi nhận trị số linh kiện mà bạn muốn.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 59

Sau khi chỉnh sửa xong ta có sơ đồ hoàn chỉnh sau :

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Như vậy chúng ta đã hoàn thành phần vẽ mạch nguyên lý với Capture Cis . Để lưu lại

sơ đồ vừa thiết kế ,nhấp chọn biểu tượng có hình chiếc đĩa mềm ( Save Document ) hoặc vào

File/Save .

Bước 4: Tiếp theo, ta tiến hành kiểm tra lỗi kỹ thuật trong mạch nguyên lý:

Bạn vào Window,chọn mục: 2 DAO DONG DA HAI.

Màn hình sẽ hiện ra dạng file quản lý của dự án, bạn chọn vào phần PAGE , sau đó trên

, cửa sổ Design Rule Check thanh công cụ, bạn nhấp vào biểu tượng Design Rule Check

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 60

xuất hiện , chọn các mục trong Report và nhấp OK.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Nếu xuất hiện bảng báo lỗi thì bạn hãy mở lại khung màn hình Session Log để xem các lỗi

và vị trí lỗi, nơi mà có biểu tượng khoanh tròn màu xanh, sau đó quay lại mạch nguyên lý để sửa.

Trong ví dụ này, nguyên nhân của việc lỗi là do đặt tên cho hai tụ điện trùng nhau. Chúng ta

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 61

sẽ tiến hành quay lại mạch nguyên lý để sửa

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Chúng ta cũng tiến hành kiểm tra lỗi cho đến khi nào máy không còn báo lỗi. mọi việc tiến

triển tốt đẹp, nghĩa là ta đã làm xong phần mạch nguyên lý. Chúng ta sẽ tiến hành tạo tập tin để

Capture CIS liên thông với Playout Plus.

Bước 5: Chúng ta tiến hành tạo tập tin có họ “.MNL”

Bạn nhấp vào biểu tượng , Capture sẽ hiện ra dạng trang quản lý của dự án như sau:

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 62

Chúng ta vào Tool/ Creat Neslist.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Trong khung này, ta chọn thẻ Layout. Bạn thấy sẽ hiện ra cửa sổ như sau:

Ở cửa sổ này, Capture CIS cho biết là sẽ chuyển sơ đồ mạch điện nguyên lý ra dạng tập tin

Neslist dùng cho trình Layout Plus và tên và vị trí tập tin trong mục Browse, nếu đồng ý bạn nhấn

nút OK.

Đến đây, bạn đã hoàn thành các công việc phải làm trong trình Capture và hãy chuyển vào

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 63

Layout Plus để vẽ bảng mạch in một cách tự động.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

II. CAPTURE CIS LIÊN THÔNG VỚI LAYOUT PLUS

Chúng ta biết, trong trang vẽ của Capture CIS, người ta chỉ dùng các ký hiệu để vẽ các mạch

điện nguyên lý. Một ký hiệu trong Capture CIS có các thành phần sau:

1. Phần hình vẽ, gồm các nét khái quát của linh kiện, hình vẽ của ký hiệu không phản

ánh hình ảnh thật sự của linh kiện.

2. Các chân nối của ký hiệu, có thể thấy chân nối của các linh kiện mới là thành phần

quan trọng của các ký hiệu trong Layout Plus.

Cách mở trình Layout Plus để vẽ bảng mạch in.

Bạn hãy nháy chuột trên tiêu hình của Layout Plus

Sau một lúc, bạn sẽ vào được trình Layout Plus, bạn chọn mục File, rồi chọn mục New, bạn

sẽ thấy hiện ra cửa sổ Load Template File.

Layout Plus yêu cầu bạn chọn dạng tập tin tạm thời ( tập tin có họ “.tpl”), cũng lúc này bạn

có thể chọ nạp tập tin dùng định dạng cho bảng mạch in có họ là “.tch”. nếu chọn tập tin

DEFAULT. Bạn nhấn phím Open

Lúc này Layout Plus sẽ hiện ra cửa sổ Load Nestlist Source. Ý là muốn bạn cho mở một tập

tin Nestlist ( lấy họ là “.mnl”).

Trong cửa số Load Nestlist Source, chứa các tập tin họ “.mnl”. Bạn nháy 2 nhịp nhanh trên

tên tập tin DAO DONG DA HAI 1.MNL, để cho mở tập tin này trong Layout Plus, Layout Plus

sẽ cho tạo ra bản vẽ với tên DAO DONG DA HAI 1 nhưng lấy họ là “.max”

Chú ý rằng từ một bản vẽ nguyên lý, tức là từ một tập tin có họ là “.mnl” đã được tạo sẵn,

bạn có thể tạo ra nhiều bản mạch in trong Playout Plus bằng cách thay đổi tên gọi trong tập tin có

họ là “.max”

Xong thủ tục ban đầu , tiếp theo chúng ta sẽ chọn chân cắm cho các linh kiện:

Sau khi Save một cửa sổ Automatic ECO Utility xuất hiện, bên trong nó có một khung

hộp thoại khác ,đó là hộp thoại Link Footprint to Component thông báo chương trình không

tìm thấy chân cắm cho linh kiện Resistor, lúc này chúng ta cần phải chọn chân cắm cho điện trở:

nhấp chuột trái vào nút Link Existing footprint to Component, hộp thoại Footprint for R xuất

hiện, trong khung Libraries chọn thư viện chân cắm Jumper, trong khung Footprint chọn chân

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 64

cắm mang tên Jumper 400 . Hình dạng chân cắm sẽ xuất hiện trong khung Preview, click OK .

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hộp thoại Link Footprint to Component lần luợt xuấn hiện thông báo thiếu chân cắm

cho LED và Tụ. Để chọn chân cắm cho tụ điện và LED, trong khung Libraries vẫn chọn Jumper,

nhưng trong khung Footprint chọn Jumper 400 để cho khoảng cách giữa hai chân cắm không

quá xa.

Tiếp theo chương trình cũng sẽ thông báo không tìm thấy chân cắm cho transistor.

Trong khung Libraries của hộp thoại Footprint for Resistor Var và Footprint for transistor

chọn thư viện chân cắm TO, trong khung Footprint chọn chân cắm mang tên TO225AB. Nhấp

OK.

Việc chọn chân cho các linh kiện rất quan trọng, nó phải phù hợp với chân cắm của các linh

kiện, về số chân và số thứ tự chân. Để chọn được chân linh kiện cho phù hợp bạn phải ngồi xem

các loại chân có trong thư viện, và hình dạng của chúng. Việc này đòi hỏi mất nhiều thời gian, do

vậy các bạn có thể nhớ luôn một số loại chân linh kiện.

Sau khi thực hiện xong việc chọn chân cắm cho linh kiện, trên màn hình đen của Layout

xuất hiện toàn bộ hình dạng của các linh kiện và dây nối giữa các chân linh kiện.

Bây giờ chúng ta sẽ chuyển sang bước kế tiếp là sắp xếp linh kiện :

Thông thường trên thực tế, người ta luôn cố gắng sắp xếp các linh kiện trên mạch in gần

giống như sơ đồ nguyên lý để dễ dàng kiểm tra và sửa chữa .

trên thanh công cụ. Để sắp xếp linh kiện ta sẽ nhấp vào biểu tượng Component Tool

Đưa trỏ chuột đến linh kiện cần sắp xếp, nhấp trái để chọn nó, lúc này biểu tượng chuột biến

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 65

thành hình chữ thập nhỏ và linh liện chuyển sang màu tím, bây giờ chúng ta sẽ di chuyển và xoay

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

linh kiện (bằng cách nhấn phím R) nhằm tối ưu hoá việc đặt các linh kiện, đến vị trí cần đặt ta

nhấp chuột trái để định vị.

Để dễ nhìn chúng ta sẽ xoá hết các ký tự chú thích linh kiện bằng cách chọn biểu tượng

Text Tool trên thanh công cụ. Di chuyển chuột đến các Text, nhấp trái chuột để chọn nó và

nhấn phím Delete để xoá.

Bây giờ ta tiến hành chọn lớp cho mạch in, vào biểu tượng View Spreadsheet trên

thanh công cụ để chọn. Đối với mạch này ta có thể chỉ tạo một lớp BOTTOM.

Tiến hành : Chọn lệnh Strategy / Route Layer từ menu

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 66

Cửa sổ Route Layer xuất hiện

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Vì chỉ tạo một lớp nên các cột TOP, INNER1, INNER2 chúng ta sẽ chuyển Yes thành No:

Trong cột Enabled, chọn tô đen các lớp mà chúng ta không muốn tạo ra trong mạch in. Sau đó

nhấp phải chuột và chọn lệnh Properties (hoặc dùng tổ hợp phím Ctrl + E), hộp thoại Edit Layer

Strategy xuất hiện nhấp chuột vào Routing Enabled để bỏ chọn và nhấn OK

Lúc này cửa sổ thông số Route Layer chuyển Yes thành No .

Tiếp theo chúng ta sẽ định độ rộng cho đường mạch in: Nhấp chọn biểu tượng View

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 67

Spreadsheet chọn lệnh Nets . Hộp thoại Nets xuất hiện, trong cột Width chọn tất cả các dòng.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Sau đó nhấp phải chuột, chọn lệnh Properties, hộp thoại Edit Nets xuất hiện :

Nhập các giá trị vào các khung Min Width, Conn Width, Max Width tương ứng là

25, 27, 30 (Các thông số này chúng ta chọn tuỳ ý, nhưng thông thường là các giá trị đã nêu hoặc

các giá trị 20, 25, 30). Nhấp OK. Lúc này các dòng của cột Width trong hộp thoại Nets sẽ xuất

hiện các thông số mà ta vừa nhập.

Đến đây ta có thể cho chương trình tự động chạy để tạo mạch in: Nhấp vào Auto /

Autoroute / Board, sau khi công việc hoàn tất, sẽ có hộp thoại thông báo, ta chỉ cần nhấp vào OK

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 68

. Trên màn hình sẽ xuất hiện bảng mạch in đã hoàn tất .

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Sau khi kết thúc việc sắp xếp linh kiện, chúng ta vẽ khung viền nhằm giới hạn kích thước

của bảng mạch in: Chọn biểu tượng Obstacle Tool trên thanh công cụ, đưa chuột đến vị trí

góc trái của bảng mạch in, nhấp chuột để vẽ. Khi kết thúc, nhấp phải chuột và chọn lệnh End

Command.

Bây giờ ta sẽ đặt tên nhằm chú thích cho bảng mạch :

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 69

Nhấp chọn biểu tượng Text Tool trên thanh công cụ

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Sau đó đưa trỏ chuột vào vùng làm việc và nhấp phải chuột, chọn lệnh New, hộp thoại Edit

Text xuất hiện, trong khung Text String nhập vào tên mà ta muốn đặt .

Sau khi nhập xong nhấp OK .

Khi đó trên đầu chuột có khung chữ nhật, di chuyển chuột để đưa khung đến vị trí cần đặt và

nhấp trái chuột để định vị.

Như vậy, chúng ta đã thực hiện xong việc vẽ và thiết kế mạch in cho mạch đèn chớp nháy

.Các bạn có thể thấy rằng việc sắp xếp tốt các linh kiện sẽ cho ta một mạch in khá đẹp và mang

tính thẩm mỹ cao.

Sau khi cho chạy mạch nối tự động của linh kiện,bạn thấy đường chạy không đẹp như ý

muốn, bạn có thể vào lại phần Auto/Urount/Board. Để xóa các lớp nối, tiến hành sắp xếp lại các

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 70

linh kiện và cho chạy lại. ta sẽ được một mạch in như ý muốn.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hay một mạch khác:

Các bạn cũng có thể làm mạch nguyên lý với các loại IC. Khó khăn của chúng ta gặp phải

chính là hình dạng chân của IC không như chúng ta mong muốn, điều đó không sao cả, các bạn có

thể vào Edit Property để chỉnh sửa, như tôi đã hướng dẫn ở phần trên. Trong phần liên thông với

Playout Plus, các bạn có thể gặp khó khăn trong việc chọn chân cho linh kiện. cũng không sao cả!

các bạn có thể chọn nhanh một loại Footprin nào đó có số chân lớn hơn cũng được. sau khi vào

được trang vẽ, sắp xếp xong mạch, các bạn hãy nhấp phải vào linh kiện vào Edit Properties , vào

mục Footprints để chọn lại chân và nhấp OK. Thông thường với các IC có 8 chân các bạn có thể

chọn loại chân D100B trong mục Liberies và loại D100B/8/W.300/L.450 trong mục Footprints

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 71

Đây là mạch in với IC OP AMP trong mạch đa hài phiếm định mà mình đã làm:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Qua phần hướng dẫn sơ trên đây, cộng với một chút khả năng tự học của các bạn, mình tin

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 72

các bạn có thể thực hiện những mạch ORCAD phức tạp hơn. Chúc các bạn thành công!!!

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Hàn mạch thực nghiệm là một phần hơi lạ lẫm đối với các bạn sinh viên sư phạm, nhưng thật

ra nó không khó. Chỉ cần bạn có một chút những lý thuyết cơ bản về các linh kiện và một chút

hứng thú với điện tử, tôi tin rằng bạn có thể tự lắp ráp và hàn cho mình một mạch điện tạo sóng

vuông với tần số như ý muốn. Việc hàn mạch cũng khá đơn giản, không yêu cầu kỹ thuật cao,

không yêu cầu sự khéo tay, nhưng nó yêu cầu cao ở tính cẩn thận và sự tỉ mỉ của bạn.

Hãy cùng tôi làm một số mạch thực nghiệm nhé! Các bạn cũng có thể thấy rằng: “cuộc đời điện

tử cũng khá là thú vị”

I.MẠCH ĐA HÀI PHIẾM ĐỊNH DÙNG IC OP AMP:

Bước 1: Mô hình mạch của ta:

Bước 2: Chọn mua linh kiện

Với mô hình trên, ta chọn các giá trị của linh kiện như sau:

 R1= 10kΩ= R2.

 R3= 22kΩ

 Tụ C1 = 4,7µF

 Đèn LED D

 Nguồn điện đối xứng 5V, hoặc 15V.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 73

 Biến trở 0÷100kΩ

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

 IC OP AMP loại µA741

 Một số dây nối.

Bước 3: Chạy thử mạch hàn.

Ta tiến hành mắc mạch trên bạn mạch chạy thử trước. Nếu có sai sót gì thì ta chỉnh sửa trên mạch

này trước.

Khi mắc mạch, ta chú ý một số điểm sau:

 Trên các IC không ghi số thứ tự của chân, do vậy, ta phải nhìn kỹ trên IC c ó dấu chấm

tròn, đó là chân số 1, sau đó đếm ngược chiều kim đồng hồ cho đến chân số 8.

 Chân số 7 ta nối với cực dương của nguồn. chân s ố 4 nối với cực âm. Chân mass nối với

nguồn 0V. Chân số 1,5, 8 là những chân bỏ trống.

 Đối với tụ hóa, đó là tụ phân cực, cực âm và cực dương, thông thường thì cực âm là cực có

có thể xem trên tụ, chân âm là chân mà tại đó thân tụ có sơn màu chân ngắn hơn, hoặc bạn

đen và ký hiệu dấu trừ.

 Biến trở có 3 chân, có hai chân được nối lại với nhau.

Sau khi kiểm tra hết tất cả các dây nối mà mạch vẫn không chạy, chúng ta có thể thay IC khác, vì

oạt động một số IC có thể đã bị cháy. Do một số lý do khách quan nào đó, mà linh kiện không h

ều linh kiện cùng loại để tiện cho việc thay thế. được, điều này đòi hỏi bạn phải mua nhi

Bước 4: Tiến hành hàn mạch.

Trước hết bạn phải chắc rằng: bạn đã có bo mạch để hàn, có mỏ hàn và chì. Bạn phải hình dung

được trong đầu của mình các sắp xếp và nơi đặt các linh kiện, để khi hàn mạch ta không gặp phải

rắc rối khi chạy dây nối giữa các linh kiện. Việc sắp xếp trước các linh kiện, không chỉ làm bạn đỡ

nhọc công khi hàn mà còn tạo được tính thẩm mỹ cho mạch hàn của bạn.

Khi hàn mạch bạn cũng nên chú ý một số điểm sau:

 Đối với IC, ta không hàn trực tiếp IC trên mạch, mà bạn nên mua một đế IC phù hợp với số

chân của IC. Việc hàn đế IC trước, sẽ tránh làm hỏng IC vì khi ta hàn trực tiế p, độ nóng

của mỏ hàn sẽ làm cháy IC. Mặt khác, khi IC bị hỏng, ta dễ dàng thay IC khác.

 Khi hàn các chân IC không để cho chì chảy nhiều làm dính các chân IC.

 Không nên bẻ bỏ chân linh kiện, vì nó sẽ rất hữu ích cho việc nối các linh kiện.

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 74

Các bạn hãy xem sản phẩm đầu tay của mình nhé!

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Mặc dù cũng chạy tốt, nhưng không mang tính thẩm mỹ cao vì chưa có kinh nghiệm hàn mạch

nên các sắp xếp các linh kiện không đẹp.

Cũng là mạch như vậy, các bạn có thể xem lại sản phẩm thứ hai của mình!

Hoặc các bạn cũng có thể tự tay thiết kế cho mình những mạch tương tự với các dòng chữ mà

mình yêu thích. Lưu ý, các đèn LED mắc song song và bạn phải thận trọng các mối hàn, không để

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 75

cho chúng dính nhau.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Khảo sát mạch:

Như đã giới thiệu ở phần lý thuyết, đây là một mạch đa hài phiếm định dùng IC OP AMP để

tạo ra xung vuông có tần số thay đổi được.

Biến trở Rbientro 0 ÷100kΩ là dụng cụ dùng để thay đổi tần số của xung ra. Đèn LED, là dụng

cụ giúp ta nhận thấy sự thay đổi của tần số. Khi ta chỉnh biến trở, thì thấy độ nhấp nháy của đèn

LED thay đổi.

f



2, 2(

) C

1 R 

R 3

bientro

Tần số của mạch được tính theo công thức:

Tần số lớn nhất của mạch:

4, 40

f

Hz





2, 2(

) C

1 R 

R 3

bientro

Khi R3 = 22kΩ; Rbientro = 0Ω

Tần số thấp nhất của mạch:

0, 79

f

Hz





2, 2(

) C

1 R 

R 3

bientro

Khi R3 =22kΩ, Rbientro= 100kΩ

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 76

Với các tần số này thì mắt ta có thể phân biệt rõ được sự nhấp nháy của đèn LED

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

II. MẠCH CHỐNG TRỘM DÙNG IC 555

Đây cũng là một loại mạch đa hài phiếm định, vì IC555 thường được sử dụng trong mạch đa

hài ở hai loại mạch: mạch đa hài một trạng thái bền và mạch đa hài phiếm định. Tuy nhiên trong

mạch một trạng thái bền IC555 có tác dụng như một Rơ-le thời gian. Nó được ứng dụng rộng rãi

trong công nghiệp, trong các bộ vi xử lý của máy vi tính.

Em chọn mạch đa hài phiếm định vì mạch này gần gũi với chúng ta.

Bước 1: Mô hình mạch điện

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 77

Tiến hành sắp xếp các linh kiện trên phần mềm ORCAD, ta có một mạch như sau:

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Bước 2: Chọn mua linh kiện

Với mô hình như trên, và tiến hành mua các linh kiện với các trị số như sau:

C1= 47µF

C2= 10nF

C3= 10nF

C4 = 4,7µF

R1=18kΩ

R2= 100k Ω

R3=56k Ω

R4= 47k Ω

R5=100Ω

Loa 8 Ω- 0,5W

Nguồn 12V hoặc 15V

Cũng tiến hành tương tự mạch hàn trên, ta tiến hành cho thử nghiệm mạch trên bảng mạch chạy

thử trước, nếu mạch chạy tốt thì ta tiến hành hàn.

Các bạn có thể xem sản phẩm của mình.

Với một chút ít kinh nghiệm nhỏ nhoi và một số sản phẩm đơn giản, hi vọng có thể giúp ích các

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 78

bạn trong việc tiến hành hàn một mạch điện theo ý thích của mình.

LVTN: DAO ĐỘNG ĐA HÀI

GVHD: Phan Thanh Vân

Tài liệu tham khảo chính: 1) Giáo trình Vô Tuyến Điện Tử - ThS Phan Thanh Vân – Tài liệu lưu hành nội bộ (dành cho

sinh viên đại học sư phạm)- 2003.

2) Kỹ thuật xung – Nguyễn Như Anh – Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM – 2007.

3) Giáo trình kỹ thuật xung – số - Tiến sĩ Lương Ngọc Hải – Nhà xuất bản giáo dục

4) Các mạch định thời & Bộ nhớ bán dẫn – chủ biên Nguyễn Minh Đức – nhà xuất bản tổng

hợp Thành Phố Hồ Chí Minh

5) Các mạch điện tử chọn lọc – kỹ sư Nguyễn Đức Ánh – Nhà xuất bản trẻ

6) Điện tử công nghiệp & Cảm biến – kỹ sư Nguyễn Tấn Phước – nhà xuất bản trẻ

7) Chuyên đề tự học ORCAD – người biên soạn Vương Khánh Hưng

8) Dạy và học nghề: điện tử kỹ thuật số - Th.S Phạm Thanh Đường- nhà xuất bản đại học

quốc gia TP HCM

9) Giáo trình điện tử EDA: Vẽ và thiết kế mạch in bằng Orcad – Tủ sách STK

10) Mạch điện tử 2 – Lê Tiến Thường – nhà xuất bản đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh

Và một số trang Web.

1. giaoducvn_net-codientu-ki_thuat_cdt-dien_tu-vi_mach_so-chuong_3.htm

2. Wikipedia tiếng Việt.htm

SVTH: Kiều Thị Ny

Trang 79

3. ThuVienSoft_Com.htm