Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
12
Hình II.4:
Sô ñoà maïch chia taàn soá
Ñieän aùp Ux coù taàn soá fx caàn ño ñöôïc khueách ñaïi thaønh ñieän aùp U1, sau
ñoù ñöa qua maïch taïo xung ñeå söûa thaønh daïng xung vuoâng cuõng coù taàn soá laø fx
(U2). Xung naøy ñöôïc ñöa qua coång logic trong khoaûng thôøi gia Tn ñeå vaøo
maïch ñeám xung (U6) keát quaû xung ñöôïc ñeám ñöa qua boä hieån thò seõ cho bieát
taàn soá tín hieäu Ux.
x
xf
N
NTTn== =>
n
xT
N
f=
Vôùi Tn laø chu kyø cuûa xung chuaån (U4) vaø cuõng laø thôøi gian môû coång
logic. ÔÛ ñaây xung chuaån (U4) do maïch dao ñoäng thaïch anh taïo ra, vì taàn soá
lôùn (fo töø 100KHz 1MHz), neân sau khi söûa thaønh daïng xung vuoâng (U3) caàn
cho qua maïch chia taàn soá ñeå thaønh U4 coù taàn soá fn. xung chuaån (U4) taùc ñoäng
vaøo Flip – Flop theo nguyeân lyù kích thích baèng caïnh tröôùc (kyù hieäu FF) taïo ra
xung môû coång (U5) trong thôøi gian Tn. Sai soá cuûa xung ñöôïc ñeám trong thôøi
gian coång môû laø 1 xung. Vì theá khi taàn soá fx caàn ño thaáp thì caàn thay ñoåi
thôøi gian môû coång Tn. Trong thöïc teá chu kyø xung chuaån (Tn) thöôøng coù caùc
möùc ñieàu chænh 0,1s, 1s, 10s.
Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
13
CHÖÔNG II
CÔ SÔÛ LYÙ LUAÄN
I/ GIÔÙI THIEÄU VEÀ VIMAÏCH SOÁ:
1/Khaùi nieäm veà vi maïch soá:
Maïch soá (digital circuit) xöû lyù tín hieäu ôû daïng xung. Caùc xung chæ coù
theå ôû 1 trong hai traïng thaùi, möùc ñieän theá ñònh tröôùc goïi laø möùc thaáp ví duï
(0V) vaø möùc cao (4V). Soá möùc ñieän theá coù theå lôùn hôn hai nhöng cuõng coù theå
laø moät soá höõu haïn.
Heä thoáng soá goàm nhieàu loaïi nhö heä thoáng soá thaäp phaân, nhò phaân,
BCD, Hexa, .v.v.. Nhöng heä thoáng soá nhò phaân goàm1 vaø 0 thuaän tieän cho vieäc
xöû lyù bôûi caùc maïch ñieän töû, nhöng maïch khoâng xöû lyù tröïc tieáp caùc con soá maø
xöû lyù caùc daïng soùng. Ta bieåu thò soá nhò phaân baèng baèng daïng soùng nhò phaân
chæ coù hai möùc ñieän theá, moät möùc bieåu thò soá 0 vaø moät möùc bieåu thò soá 1.
Hai möùc ñieän theá naøy caùch xa nhau ñuû xa ñeå maïch logic coù theå phaân
bieät ñöôïc hai möùc. Khi xöû lyù tín hieäu nhò phaân caùc ngoû vaøo vaø ra cuûa baûn thaân
caùc maïch logic cuõng phaùt hieän ôû moät trong hai möùc ñieän theá ñoù.
Vi maïch soá goàmcoù hai loaïi: - Moät loaïi thuoäc hoï TTL ñöôïc caáu taïo töø
caùc transistor – Moät loaïi thuoäc hoï CMOS ñöôïc caáu taïo töø caùc transistor
tröôøng.
2/ Öu ñieåm cuûa vi maïch soá:
– Ít bò aûnh höôûng bôûi nhieãu aâm (noise).
– Deã ñöôïc cheá taïo thaønh maïch tích hôïp (IC) vaø trong thöïc teá ñaõ coù raát nhieàu
maïch tích hôïp soá ñöôïc saûn xuaát cho nhieàu chöùc naêng khaùc nhau.
– Thieát keá vaø phaân tích maïch ñôn giaûn hôn.
– Thuaän tieän cho vieäc ñieàu khieån töï ñoäng löu tröõ vaø xöû lyù döõ lieäu (data), keát
hôïp vôùi caùc loaïi maùy tính.
3/ Nhöôïc ñieåm:
Tín hieäu ñöôïc xöû lyù phaûi laø daïng xung coù hai möùc logic roõ reät. Vì vaäy
khi xöû lyù tín hieäu töông töï caàn phaûi coù boä chuyeån ñoåi töø töông töï sang soá.
4/ Phaïm vi öùng duïng cuûa vi maïch soá:
Vi maïch soá ñöôïc öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc nhö quaân söï, caùc duïng
cuï y teá, caùc loaïi maùy moùc trong saûn xuaát.
Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
14
II/ CAÙC MAÏCH TAÏO DAO ÑOÄNG:
Maïch dao ñoäng taïo xung ñoùng vai troø quan troïng trong caùc maïch soá.
Xung ñoàng boä giuùp cho caùc phaàn trong thieát bò laøm vieäc theo thöù töï ñoàng boä
vôùi nhau, vì vaäy xung ñoàng boä khoâng theå thieáu ñöôïc. Maïch dao ñoäng coù raát
nhieàu daïng, duøng linh kieän rôøi hay linh kieän tích hôïp.
1/ Maïch dao ñoäng ña haøi duøng coång logic:
Hai coång Nand (hay 2 coång Not) maéc cheùo nhö FlipFlop coù hai traïng
thaùi beàn neân khoâng phaûi laø maïch dao ñoäng (maïch khoâng coù traïng thaùi beàn).
Muoán maïch dao ñoäng ñöôïc ta phaûi gaén theâm tuï treân ñöôøng hoài tieáp. Caùc ñieän
trôû ñöôïc choïn ñeå duy trì ñieän theá ôû ngoõ vaøo cuûa coång gaàn theàm logic neân khi
tuï naïp ñieän vaø xaû ñieän, ñieän theá ôû ngoõ vaøo dao ñoäng treân döôùi möùc theàm
logic khieán ngoõ ra dao ñoäng giöõa hai möùc logic 1 vaø 0.
Taàn soá dao ñoäng laø:
( )
CRR
f
L+2
1
=
Daïng soùng ra ôû Q vaø Q ñoái pha nhau, maïch naøy khoâng hoaït ñoäng ôû
taàn soá thaáp (döôùi vaøi chuïc Hz) vì phaûi duøng tuï ñieän coù ñieän dung lôùn (treân vaøi
chuïc F).
2/ Maïch dao ñoäng ña haøi duøng coång Nand:
Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
15
Ñieän trôû R1, R2 vaø bieán trôû R3 phaân cöïc cho hai coång Nand gaàn theàm
logic, caùc ñieän trôû naøy phaûi nhoû hôn ñieän trôû ngoõ vaøo cuûa coång, thöôøng döôùi
1K.
Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Giaû söû ngoõ vaøo cuûa N1 vöøa xuoáng ngöôõng möùc
thaáp (0V) ñeå ngoõ ra Q leân ngöôõng möùc cao (1V). Söï thay ñoåi logic cuûa tia
ñöôïc tuï C2 naïp truyeàn veà ngoõ vaøo cuûa N2 khieán cho ngoõ ra Q xuoáng möùc
thaáp (0V), vaø möùc logic naøy ñöôïc tuï C1 chuyeån veà ngoõ vaøo cuûa N1, maïch
ñöôïc xem nhö ñaït traïng thaùi oån ñònh. Nhöng doøng ñieän trong N1 ñoå ra ôû ngoõ
vaøo naïp ñieän cho C1 khi C1 caøng döông. Trong luùc ñoù tuï C2 xaõ ñieän qua R2 vaø
R3 neân ñieän theá treân tuï caøng giaûm daàn. Neáu ñieàu kieän ñieän trôû nhö ñaõ noùi, tuï
C1 vaø C2 khoâng khaùc nhau thì tuï C2 xaû ñieän nhanh hôn laø C1 naïp ñieän, neân
ñieän theá ôû ngoõ vaøo N2 nhanh choùng ñaït möùc logic thaáp laøm ngoõ ra Q leân
möùc cao (1), ngoõ vaøo N1 cuõng ñaït ñeán ngöôõng möùc cao. Ngoõ ra Q xuoáng möùc
thaáp (0), sau ñoù tuï C1 xaû ñieän qua R1, R3 ñeå ñoåi traïng thaùi cuûa maïch trôû laïi
nhö trong quaù trình C1 xaû ñieän. Ñieän trôû R3 naèm treân ñöôøng xaû ñieän cuûa C1 vaø
C2 coù theå thay ñoåi giaù trò ñeå cho taàn soá maïch thay ñoåi. Khi maïch ñoái xöùng
nghóa laø C1 = C2; R1 = R2, taàn soá ra cuûa maïch laø:
RC
f
2
1
=
Ñeå coù taàn soá dao ñoäng thaáp (vaøi Hezt) ta coù theå duøng tuï lôùn ñeán vaøi
ngaøn F, neáu khoâng caàn daïng soùng oån ñònh cao veà taàn soá giôùi haïn treân, taàn soá
cuûa maïch khoaûng 10MHz. Neáu söû duïng maïch logic CMOS coù theå taïo ñöôïc
maïch dao ñoäng coù taàn soá thaáp do toång trôû vaøo cuûa CMOS raát lôùn neân cho
pheùp duøng ñieän trôû beân ngoaøi lôùn.
Coù nhieàu IC taïo xung, laø hai hoï IC loaïi TTL vaø loaïi hoï CMOS ñöôïc
cheá taïo saün vaø chæ caàn ñöa theâm moät vaøi linh kieän beân ngoaøi ñeå xaùc ñònh taàn
soá nhö 555, 556, 4047, v.v… Phöông phaùp naøy ñôn giaûn, reû tieàn nhöng ñoä
chính xaùc khoâng cao do phuï thuoäc vaøo caùc phaàn töû xaùc ñònh taàn soá ôû beân
ngoaøi.
Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
16
3/ Phöông phaùp taïo dao ñoäng töø löôùi ñieän nguoàn:
Phöông phaùp naøy ñôn giaûn vaø tieän söû duïng cho caùc maïch duøng nguoàn
caáp ñieän xoay chieàu cuûa löôùi ñieän vaø khoâng ñoøi hoûi veà ñoä chính xaùc thaät cao.
Bieán aùp T1 duøng ñeå haï möùc ñieän aùp löôùi cho phuø hôïp vôùi nguoàn nuoâi
cuûa IC coång. Nguyeân lyù cuûa maïch laáy dao ñoäng cuûa löôùi ñieän laø maïch söûa
daïng soùng töø daïng soùng sin sang daïng soùng vuoâng coù taàn soá laø taàn soá cuûa löôùi
ñieän.
4/ Maïch dao ñoäng duøng vi maïch tích hôïp:
Maïch tích hôïp 555 (NE555, NC555) ñöôïc cheá taïo laàn ñaàu tieân, khoaûng
15 naêm tröôùc ñaây vaø ñöôïc söû duïng phoå bieán. Khaû naêng caàn doøng ra lôùn
(200mA) hoaït ñoäng vôùi 1 quaõng ñieän theá roäng töø 4,5V ñeán 16V.
Ñoä oån ñònh nhieät laø 0,005% cho moãi ñoä C maïch laøm vieäc cho ra taàn soá
thay ñoåi ñöôïc nhôø caùc linh kieän beân ngoaøi, ñoä oån ñònh cuûa taàn soá khoâng cao.
5./ Phöông phaùp duøng dao ñoäng thaïch anh.