B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
Khi VA= 0V, VB= 3V. Qu¸ tr×nh ph©n tÝch t−¬ng tù sÏ cho ta kÕt qu¶ DA
dÉn, DB ng¾t. VZ ®−îc ghim ë 0,7V do DA dÉn ®iÖn.
- Tr−êng hîp 4:
Khi VA= VB= 0V. DA vµ DB ®Òu dÉn. VZ còng ®−îc ghim ë møc 0,7V.
Tãm l¹i ta cã b¶ng 1.5 sau.
B¶ng chøc n¨ng
VA(V) VB(V) VZ(V)
0.7 0 0
0.7 0 3
0.7 3 0
3.7 3 3
B¶ng nµy biÓu thÞ quan hÖ t−¬ng øng c¸c møc ®iÖn ¸p gi÷a ®Çu ra víi
®Çu vµo ®−îc gäi lµ b¶ng chøc n¨ng.
Quy −íc: Møc ®iÖn ¸p cao øng víi møc logic lµ 1.
Møc ®iÖn ¸p thÊp øng víi møc logic lµ 0.
+ B¶ng ch©n lý
Trong m¹ch sè, ®Ó thuËn tiÖn. Th−êng dïng kÝ hiÖu 1 vµ 0 biÓu thÞ møc
cao vµ møc thÊp. Tõ b¶ng 1.5.1 ta dïng 1 thay thÕ møc cao, dïng 0 thay thÕ
møc thÊp, dïng A, B thay thÕ VA, VB, dïng Z thay thÕ VZ, kÕt qu¶ thay thÕ lµ
b¶ng ch©n lý 1.5
B¶ng 1.6: B¶ng ch©n lý cæng AND
Z A B
0 0 0
0 0 1
0 1 0
1 1 1
1.5.2 M¹ch OR 31
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
+ M¹ch ®iÖn vµ ký hiÖu: H×nh 1.27
A, B lµ c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo. Z lµ tÝn hiÖu ®Çu ra.
H×nh 1.27: M¹ch OR
a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc
Ph©n tÝch t−¬ng tù nh− m¹ch ®iÖn AND , ta xÐt 4 tr−êng hîp kh¸c nhau
ë ®Çu vµo. KÕt qu¶ ta ®−îc b¶ng chøc n¨ng 1.7
B¶ng chøc n¨ng ®iÖn ¸p cña m¹ch ®iÖn h×nh: 1.27
B¶ng 1.7
VA(V) VB(V) VZ(V)
0 0 - 0,7
0 3 + 2,3
3 0 + 2,3
3 3 + 2,3
Ta thÊy chØ cÇn cã 1 tÝn hiÖu ®Çu vµo ë møc cao th× VZ ë møc cao. §ã lµ
quan hÖ Logic OR.
B¶ng ch©n lý
32
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
A B Z
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
Ta thÊy r»ng mèi quan hÖ gi÷a tÝn hiÖu ®Çu ra Z víi c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo
A, B ®−îc biÓu thÞ b»ng phÐp céng Logic:
Z= A+ B
1.5.3 Cæng NOT
+ M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu (H×nh: 1.28)
EB= -12V
V1(A) lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo V0(z) lµ tÝn hiÖu ®Çu ra Eq lµ nguån ®iÖn ¸p ghim Dq lµ ®i«t ghim
H×nh: 1.28: Cæng NOT
a) KÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc
Trong cæng NOT tranzito cÇn lµm viÖc ë chÕ ®é ®ãng më. Khi V1 ë
møc thÊp th× T ng¾t hë m¹ch, V0 ë møc cao. Khi V1 ë møc cao th× T th«ng b·o
hoµ, V0 ë møc thÊp. Nh− vËy m¹ch cã chøc n¨ng logic NOT. T¸c dông cña
nguån ©m lµ EB lµ b¶o ®¶m T ng¾t hë tin cËy khi V1 ë møc thÊp. EQ vµ DQ cã
t¸c dông gi÷ møc cao ®Çu ra ë gi¸ trÞ quy ®Þnh. §Ó ph©n tÝch nguyªn lý c«ng
t¸c cæng NOT, ta h·y ¸p dông ph−¬ng ph¸p c¬ b¶n dïng ph©n tÝch m¹ch lµ: 33
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
gi¶ thiÕt, tÝnh to¸n, ph©n tÝch, so s¸nh, kiÓm tra, kÕt qu¶. B©y giê ta xÐt t×nh
huèng V1= 3,2V vµ 0.3V.
- Khi V1= 3,2V
Gi¶ thiÕt r»ng tranzito T th«ng b·o hoµ, ®i«t DQ ng¾t. Víi gi¶ thiÕt nh−
thÕ, t−¬ng øng ta cã: VB= 0,7V; V0=VCSE= VC= 0,3V; IDQ= 0. TÝnh to¸n: c¨n cø vµo c¸c th«ng sè m¹ch ®· cho ta tÝnh dßng vµ ¸p.
M¹ch ®iÖn t−¬ng ®−¬ng H×nh: 1.29
A R1 1.5K B b I1 IB
VI3.2V I2 R2 18K VBES
V
A
V B
EB -12V e
3, 2 0,7 − 1,5
− R 1
E
V B
B
= = 1,67 (mA) Ta cã: I1=
0, 7 ( 12) − − 18
− R 2
= = 0,71 (mA) I2=
V
CES
E C
IB = I1- I2= 1,67- 0,71 = 0,96 (mA) VDQ= VCES- EQ= 0,3- 2,5 = -2,2 (V)
− R C
E C R C
= = 12/1 = 12 (mA) V× ICS =
12 30
= = 0,4 (mA) IBS= CSI β
KiÓm tra: c¨n cø kÕt qu¶ tÝnh to¸n, ®èi chiÕu ®iÒu kiÖn ®ãng më, cã thÓ
biÕt gi¶ thiÕt hîp lý ®óng hay sai. NÕu sai th× ph¶i xÐt l¹i gi¶ thiÕt, ®−a ra gi¶
thiÕt hîp lÝ råi tÝnh to¸n kÕt qu¶. Trong tr−êng hîp cña chóng ta, v× IB > IBS, VDQ < 0,5 nªn gi¶ thiÕt ban ®Çu lµ hîp lý. -Khi V1= 0,3V
H×nh 1.30: S¬ ®å t−¬ng ®−¬ng cña m¹ch
34
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
R1. 1.5K +
VBE V1. 0.3V R2. 18K - e
EB. 12V
Khi V1= 0,3V v× t¸c dông cña nguån ©m EB, ®iÖn thÕ cña baz¬ nhá h¬n
0.3V, nªn tranzito ng¾t 1 c¸ch tin cËy, ®ång thêi ®i«t ghim DQ th«ng. V0= EQ+ VDQ = 2,5 + 0,7 = 3,2 V. §Çu ra cã møc cao. Tãm l¹i m¹ch ®iÖn h×nh 1.28b ®óng lµ cæng NOT. V× khi V1 lµ møc cao
th× V0 lµ møc thÊp, khi V1 lµ møc thÊp th× V0 lµ møc cao.
Ta cã b¶ng ch©n lý cña cæng NOT Z= A
A Z
0 1
1 0
1.5.4 M¹ch ®iÖn cæng NAND (M¹ch vµ ®¶o)
+ M¹ch ®iÖn vµ kÝ hiÖu. H×nh: 1.31
H×nh 1.31: Cæng NAND a) kÝ hiÖu b) M¹ch ®iÖn
+ Nguyªn lý lµm viÖc:
35
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
M¹ch ®iÖn H×nh 1.31 Gåm 2 phÇn: PhÇn cæng AND bªn tr¸i vµ phÇn
cæng NOT bªn ph¶i. VËy quan hÖ ®Çu ra vµ ®Çu vµo lµ NAND (Vµ- §¶o).
BiÓu thøc hµm logic cña NAND lµ:
Z= A.B
B¶ng ch©n lÝ cæng NAND
A B Z
1 1 0
0 1 1
1 0 1
0 0 1
1.6 M¹ch TÝch ph©n
iC C
+
ir R A Uv U0
H×nh 1.32: M¹ch tÝch ph©n
S¬ ®å bé tÝch ph©n ®−îc m« t¶ trªn h×nh: 1.32
Tõ ®iÒu kiÖn c©n b»ng dßng ë nót A, iR= iC ta cã:
dUr dt
Uv R
Uvdt
(1-20) = -C.
Ur= + Ur0 (1-21)
∫
1 RC
ë ®©y: Ur0 lµ ®iÖn ¸p trªn tô C khi t=0 (lµ h»ng sè tÝch ph©n x¸c ®Þnh tõ
®iÒu kiÖn ban ®Çu).
36
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
t
Uvdt
Th−êng khi t= 0, Uv= 0 vµ Ur= 0. Nªn ta cã:
(1-22) Ur=
∫
1 τ
0
ë ®©y: τ= RC gäi lµ h»ng sè tÝch ph©n cña m¹ch. Khi tÝn hiÖu vµo thay
®æi tõng nÊc, tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p ra sÏ b»ng:
Uv RC
Ur Δ t Δ
= - nghÜa lµ ë ®Çu ra bé tÝch ph©n sÏ cã ®iÖn ¸p t¨ng (hay gi¶m)
tuyÕn tÝnh theo thêi gian.
§èi víi tÝn hiÖu h×nh sin, bé tÝch ph©n sÏ lµ bé läc tÇn sè thÊp, quay pha
tÝn hiÖu h×nh sin ®i 900 vµ hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ víi tÇn sè.
1.7 M¹ch Vi ph©n
R
+
Uv
C Ur
H×nh 1.33: M¹ch vi ph©n
Bé vi ph©n cho trªn h×nh: 1.33 . B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p tÝnh to¸n ta cã
®iÖn ¸p ra cña nã tØ lÖ víi tèc ®é thay ®æi cña ®iÖn ¸p vµo:
dUv dt
(1-23) Ur= - RC
Khi tÝn hiÖu vµo lµ h×nh sin, bé vi ph©n lµm viÖc nh− mét bé läc cao tÇn,
hÖ sè khuÕch ®¹i cña nã tØ lÖ thuËn víi tÇn sè tÝn hiÖu vµo vµ lµm quay pha Uvµo mét gãc 900. Th−êng bé vi ph©n lµm viÖc kÐm æn ®Þnh ë tÇn cao v× khi ®ã Zc= → 0 lµm hÖ sè håi tiÕp ©m gi¶m nªn khi sö dông cÇn chó ý ®Æc ®iÓm nµy vµ bæ sung 1 ®iÖn trë lµm nhôt R1.
37
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
1.8 Bé ghÐp quang- opto- Couplers
1.8.1 §¹i c−¬ng
Trong Anh ng÷ bé ghÐp quang cßn ®−îc gäi lµ Photo coupledisolators,
Photo- coulers, Photo- coupled pairs vµ Optically Coupled Pairs. Tõ th«ng
th−êng nhÊt cho linh kiÖn nµy lµ Opto- Couplers.
Bé ghÐp quang dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a nh÷ng m¹ch ®iÖn cã sù kh¸c biÖt
vÒ ®iÖn thÕ kh¸ lín. Ngoµi ra nã cßn ®−îc dïng ®Ó tr¸nh c¸c vßng ®Êt (ground
circuit, circuit terrestre) g©y nhiÔu trong m¹ch ®iÖn.
1.8.2 C¬ chÕ ho¹t ®éng
Th«ng th−êng bé ghÐp quang gåm 1 ®i«t lo¹i GaAs ph¸t ra tia hång
ngo¹i vµ mét phototranzito víi vËt liÖu Si. Víi dßng ®iÖn thuËn, ®i«t ph¸t ra
bøc x¹ hång ngo¹i víi chiÒu dµi sãng kho¶ng 900nm. N¨ng l−îng bøc x¹ nµy
®−îc chiÕu lªn trªn mÆt cña phototranzito hay chiÕu gi¸n tiÕp qua mét m«i
tr−êng dÉn quang H×nh 1.38
H×nh 1.34: Bé ghÐp quang
§Çu tiªn tÝn hiÖu ®−îc phÇn ph¸t (LED hång ngo¹i) trong bé ghÐp
quang biÕn thµnh tÝn hiÖu ¸nh s¸ng. Sau ®ã tÝn hiÖu ¸nh s¸ng ®−îc phÇn nhËn
(Phototriac) biÕn l¹i thµnh tÝn hiÖu ®iÖn.
38
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
H×nh 1.35: Phototriac
1.8.3 TÝnh chÊt c¸ch ®iÖn
Nh− ®· nãi, bé ghÐp quang th−êng ®−îc dïng ®Ó c¸ch ®iÖn gi÷a hai m¹ch
®iÖn gi÷a hai m¹ch ®iÖn cã ®iÖn thÕ kh¸c biÖt kh¸ lín. Bé ghÐp quang cã thÓ lµm
viÖc víi dßng ®iÖn mét chiÒu hay víi tÝn hiÖu ®iÖn cã tÇn sè kh¸ cao. §Æc biÖt víi
thÓ tÝch nhá bÐ, bé ghÐp quang tá ra −u viÖt h¬n so víi biÕn thÕ.
+ §iÖn trë c¸ch ®iÖn
§ã lµ ®iÖn trë víi dßng ®iÖn mét chiÒu gi÷a ng¶ vµo vµ ng¶ ra cña bé
ghÐp quang cã trÞ sè bÐ nhÊt lµ 1011 Ω, nh− thÕ ®ñ ®¸p øng yªu cÇu th«ng
th−êng. Nh− thÕ chóng ta cÇn chó ý, víi dßng ®iÖn rß trong kho¶ng nA cã thÓ
¶nh h−ëng ®Õn ho¹t ®éng cña m¹ch ®iÖn, vÝ dô khi dßng ®iÖn rß ch¹y vµo cùc
gèc cña phototranzito cßn ®Ó trèng. GÆp tr−êng hîp nµy ta cã thÓ t¹o nh÷ng
khe trèng gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo. Nãi chung víi bé ghÐp quang ta cÇn cã
m¹ch in lo¹i tèt.
+ §iÖn dung c¸ch ®iÖn
CÊu tróc cña bé ghÐp quang gåm cã phototranzito, LED, phÇn c¬ cã thÓ
t¹o mét ®iÖn dung tõ 0,3 ÷ 2pF. §iÖn dung nµy ®−îc ®o khi ch©n ë ng¶ vµo
còng nh− ch©n ë ng¶ ra ®−îc nèi t¾t. Víi sù thay ®æi cao ¸p kh¸ nhanh
(500V/μs) gi÷a ng¶ ra vµ ng¶ vµo, ®iÖn dung kÝ sinh cã thÓ truyÒn ®i sù thay
®æi vµ xung ®iÖn ë ng¶ ra cã nh÷ng gai nhän. Trong tr−êng hîp nµy nªn sö
dông bé ghÐp quang kh«ng cã ch©n nèi víi cùc gèc, vµ gi÷a cùc thu víi cùc
ph¸t nªn nèi mét tô ®iÖn ®Ó lµm gi¶m gai nhiÔu ë xung ra. §Ó kh«ng t¹o thªm
®iÖn dung kÝ sinh, víi bé ghÐp quang ta kh«ng nªn dïng ch©n ®Õ ®Ó c¾m IC.
+ §iÖn thÕ c¸ch ly
§iÖn thÕ c¸ch ly lµ ®iÖn thÕ cao nhÊt mµ bé ghÐp quang cã thÓ chÞu
®ùng næi. §iÖn thÕ c¸ch ly cßn tuú thuéc vµo cÊu tróc cña bé ghÐp quang,
kh«ng khÝ....
1.8.4 HiÖu øng tr−êng
39
B¸o c¸o tèt nghiÖp NguyÔn V¨n HiÖu T§H46
D−íi mét ®iÖn thÕ kh¸ cao gi÷a LED vµ phototranzito cã kho¶ng c¸ch
kh¸ gÇn, ta cã mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín. Nõu bé ghÐp quang lµm viÖc víi ®iÒu
kiÖn nh− thÕ liªn tôc vµi ngµy, c¸c th«ng sè cña bé ghÐp quang (®Æc biÖt víi
tranzito) bÞ thay ®æi.
HiÖu øng tr−êng cµng râ rµng h¬n víi nhiÖt ®é cao (1000C) vµ mét ®iÖn
thÕ mét chiÒu kh¸ cao (1KV). C¸c th«ng sè nh− ®é khuÕch ®¹i, ®iÖn ¸p vµ
dßng ®iÖn ng−îc cã thÓ thay ®æi. Víi mét ®iÖn tr−êng kh¸ lín ta cã mét hiÖu
øng gièng nh− víi tranzito MOS: cã sù ®¶o ®iÖn ë bÒ mÆt.
So víi tranzito, c¸c th«ng sè cña LED rÊt æn ®Þnh d−íi t¸c dông cña
®iÖn tr−êng.
Ng−êi ta cã thÓ b¶o vÖ líp chuyÓn tiÕp pn cña tranzito Silicon b»ng mét
mµng ion trong suèt ®Ó chèng l¹i ¶nh h−ëng cña ®iÖn tr−êng (Transparent Ion
Shield- Trios). VÝ dô víi bé ghÐp quang SFH6106.
1.8.5 Sù l·o ho¸
Víi thêi gian, c«ng suÊt ph¸t s¸ng cña LED bÞ gi¶m ®i, do ®ã ta cã hÖ
sè truyÒn ®¹t cña mét bé ghÐp quang bÐ ®i. Ng−êi ta tr¸nh sù l·o ho¸ cña mét
bé ghÐp quang b»ng ph−¬ng ph¸p “Burn- in”. Sau khi s¶n xuÊt c¸c bé ghÐp
quang ®−îc cho lµm viÖc víi dßng ®iÖn vµ víi nhiÖt ®é xung quanh kh¸ lín
trong mét thêi gian (24h). Do ®ã bé ghÐp quang bÞ l·o ho¸ tr−íc vµ nã kh«ng
bÞ l·o ho¸ nhanh nh− c¸c bé ghÐp quang ch−a qua “Burn- in”.
§Ó cho bé ghÐp quang lµm viÖc l©u dµi kh«ng bÞ l·o ho¸ qu¸ nhanh,
nhiÖt ®é xung quanh vµ dßng ®iÖn lµm viÖc ph¶i gi÷ cµng thÊp cµng tèt.
1.8.6 HÖ sè truyÒn ®¹t
Th«ng sè quan träng nhÊt cña bé ghÐp quang lµ hÖ sè truyÒn ®¹t dßng
®iÖn. HÖ sè truyÒn ®¹t lµ hÖ sè tÝnh theo phÇn tr¨m cho biÕt dßng ®iÖn ra (cña
mét phototranzito) lín h¬n so víi dßng ®iÖn vµo cña LED hång ngo¹i trong
mét bé ghÐp quang.
1.8.7 Bé ghÐp quang víi phototriac
40
