THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 11

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

75
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đa hài (Multivibrator) A. Phần tóm tắt lý thuyết Đa hài là tên chung của các mạch phát xung vuông. Có ba loại đa hài: Đa hài tự dao động (free running multivibrator). Đa hài hai trạng thái cân bằng (bistable multivibrator). Đa hài một trạng thái cân bằng (monostable multivibrator). Đa hài tự dao động phát liên tục các xung vuông (hình a). Đa hài hai trạng thái cân bằng luôn luôn ở một trong hai trạng thái này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 11

Bµi 11: §a hµi (Multivibrator) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt §a hµi lµ tªn chung cña c¸c m¹ch ph¸t xung vu«ng. Cã ba lo¹i ®a hµi: §a hµi tù dao ®éng (free running multivibrator). - §a hµi hai tr¹ng th¸i c©n b»ng (bistable multivibrator). - §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng (monostable multivibrator). - §a hµi tù dao ®éng ph¸t liªn tôc c¸c xung vu«ng (h×nh a). §a hµi hai tr¹ng th¸i c©n b»ng lu«n lu«n ë mét trong hai tr¹ng th¸i nµy. C¸c trig¬ D, RS hay trig¬ JK cã thÓ xÕp vµo lo¹i nµy. Khi cã mét xung nhÞp kÝch thÝch ë ®Çu vµo th× ®Çu ra sÏ chuyÓn lªn tr¹ng th¸i “cao” hoÆc chuyÓn xuèng tr¹ng th¸i “thÊp” (h×nh b). §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ph¸t mét xung ®¬n ë ®Çu ra khi cã mét xung nhÞp kÝch thÝch ë ®Çu vµo (h×nh c). §iÒu ta quan t©m ë ®©y lµ ®a hµi tù dao ®éng vµ ®a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng cßn ®a hµi hai tr¹ng th¸i c©n b»ng th× ®· nãi nhiÒu trong trig¬. 1. §a hµi tù dao ®éng a) §a hµi tù dao ®éng cã thÓ x©y dùng tõ hai cöa ®¶o: 149
Gi¸ trÞ trªn ®©y øng víi tr−êng hîp dïng hä CMOS 4049 hay 4069. Tr−êng hîp muèn æn ®Þnh tÇn sè th× ph¶i dïng th¹ch anh. Th¹ch anh cã thÓ trªn ®−êng ph¶n håi (®Çu ra nèi trë l¹i ®Çu vµo) hoÆc trªn ®−êng nèi tÇng sau tô truyÒn. 100K 150p 470K TÇng ph¸t TÇng ®Öm Dïng hä CMOS 4049 680 680 22p 100KHZ + 100KHz / 10Vpp Vpp lµ ®iÖn ¸p ®o gi÷a hai ®Ønh cña xung 220 220 1nF 1MHz / 5Vpp 1MHz b) §a hµi tù dao ®éng x©y dùng tõ vi m¹ch thêi gian 555 (555 Timer IC) Vi m¹ch 555 lµ mét lo¹i “m¹ch lai” (hybrid circuit) nghÜa lµ tæ hîp c¶ hai lo¹i phô kiÖn: phô kiÖn t−¬ng tù (Analog) vµ phô kiÖn sè (Digital). IC 555 thuéc hä TTL ho¹t ®éng ®Õn tÇn sè 100 KHz trong khi ®ã IC 7555 thuéc hä CMOS ho¹t ®éng ®Õn tÇn sè 500 KHz. H×nh sau lµ s¬ ®å ch©n nèi cña 555 vµ ®−êng nèi m¹ch ®Ó nã lµm nhiÖm vô ph¸t sãng vu«ng. +12V RA R1 1k 2k 555 1 Gnd Vcc 8 555 2 Trg Dis 7 3 Out Thr 6 4 Rst Ctl 5 Gnd Vcc RB Trg Dis 1k Out Thr .IC RL Rst Ctl 10k + + C1 CT .01uF .1uF 150
GND : §Êt Control Voltage : ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn Trigger : kÝch thÝch Threshold : ng−ìng Output : ®Çu ra Discharge : phãng ®iÖn Reset : Xo¸ +VCC : nguån d−¬ng H×nh d−íi ®©y tr×nh bµy cÊu tróc rót gän cña 555 vµ mét sè linh kiÖn l¾p thªm ë m¹ch ngoµi (C, R1, R2). ë ®©y cÇn l−u ý c¸c tr¹ng th¸i cña m¹ch so s¸nh, trig¬ RS, transistor vµ cöa ®¶o ë ®Çu ra. Khi ®ãng nguån ®iÖn 5v tô C ®−îc n¹p ®iÖn qua R1R2. Coi r»ng m¹ch ®· ho¹t ®éng æn ®Þnh. Khi VC (®iÖn ¸p ë tô ®iÖn C) ®¹t ®Õn gi¸ trÞ 2VCC/3 (nãi chÝnh x¸c v−ît gi¸ trÞ nµy mét chót) th× m¹ch so s¸nh 2 lµm viÖc vµ lèi ra cña nã lµm cho S = 1, R = 0, Q = 1, transistor th«ng, tô C phãng ®iÖn qua R2 xuèng ®Êt. Xung ë ®Çu ra tõ logic “1” gi¶m xuèng “0” nhê cöa ®¶o. Khi ®iÖn ¸p VC gi¶m ®Õn gi¸ trÞ VCC/3 (chÝnh x¸c lµ d−íi gi¸ trÞ nµy mét chót) th× m¹ch so s¸nh 1 lµm viÖc vµ lèi ra R = 1, S = 0, Q = 0, transistor cÊm, tô C tÝch ®iÖn trë l¹i. §−êng tÝch ®iÖn tõ +VCC qua R1 vµ R2. Xung ë ®Çu ra (Output) tõ møc logic “0” t¨ng vät lªn møc logic “1” nhê cöa ®¶o. Nh− vËy tô ®iÖn C diÔn ®i diÔn l¹i qu¸ tr×nh tÝch phãng vµ ®iÖn ¸p VC n»m 2VCC ⎛ VCC 2V ⎞ VCC < VC < CC ⎟ . NÕu ph©n tÝch chi tiÕt thªm ta ;⎜ trong kho¶ng vµ ⎝3 3⎠ 3 3 thÊy ®Çu ra cña hai m¹ch so s¸nh chØ chuyÓn lªn møc logic “1” trong kho¶ng kh¾c VCC 2VCC lóc mµ ®iÖn ¸p VC v−ît ranh giíi vµ . Tuy vËy thêi gian nµy còng ®ñ ®Ó 3 3 trig¬ RS chuyÓn tr¹ng th¸i. Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng trªn ®−îc m« t¶ b»ng gi¶n ®å xung trªn h×nh sau 151
C¸c c«ng thøc c¬ b¶n: t td = 0,685 (R1 + R2 ) C - Thêi gian tÝch ®iÖn : t pd = 0,685 R2 C - Thêi gian phãng ®iÖn : T = 0,685 (R1 + 2 R2 ) C - Chu kú xung : 1,46 f= - TÇn sè dao ®éng : (R1 + 2 R2 ) C 1KΩ < (R1 , R2 ) < 3MΩ - Giíi h¹n linh kiÖn : 500pF < C < hµng ngh×n µF 2. §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng (Monostable / One shot Multivibrator). a) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ hai cöa kh«ng vµ. OUT R IN C 152
ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh ban ®Çu, ®Çu vµo ë tr¹ng th¸i thÊp, ®Çu ra cöa NAND 1 ë tr¹ng th¸i cao, tô C ®· tÝch ®iÖn tõ tr−íc nghÜa lµ VC còng ë møc logic cao, do ®ã ®Çu ra cöa NAND 2 còng ë møc logic cao. B©y giê ®Çu vµo chuyÓn tr¹ng th¸i tõ 0 → 1 tô C phãng ®iÖn qua R vµ qua NAND 1 xuèng ®Êt. Ngay thêi ®iÓm b¾t ®Çu phãng th× hai ®Çu vµo cöa NAND 2 ë logic cao nªn ®Çu ra Vout chuyÓn tr¹ng th¸i tõ 1 → 0. Khi VC gi¶m ®Õn ®iÖn thÕ ng−ìng, Vng cña NAND 2, Vout lÊp tøc chuyÓn tr¹ng th¸i tõ 0 → 1 ®Ó kÕt thóc mét xung ng¾n h¹n. NÕu cöa NAND thuéc hé TTL th× R < 500 Ω . M¹ch ®iÖn nh− trªn ®−îc sö dông réng r·i khi ta cÇn chuyÓn mét xung cã ®é réng xung lín thµnh mét xung kÝch cã bÒ réng xung nhá (xung ng¾n h¹n). Tuy nhiªn, ®iÒu nµy cßn phô thuéc vµo h»ng sè thêi gian RC. NÕu xung ®Çu vµo Vin víi bÒ réng kh«ng ®ñ lín, nghÜa lµ Vin tõ 1 → 0 trong khi VC ch−a ®¹t ®Õn Vng th× ®iÖn ¸p ra Vout sÏ quay trë l¹i tr¹ng th¸i ®Çu sím h¬n. Lóc nµy ®Çu vµo vµ ®Çu ra ho¹t ®éng gÇn nh− ®ång bé. b) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ vi m¹ch thêi gian 555 Negative Edge Triggered 555 Mono-stable Circuit V1 12V R2 and C1 control the delay. CMD1 V2 U1 R2 0V 12/0V UA555 27k .IC B Gnd Vcc A Trg Dis Out Thr Rst Ctl 20 Hz R1 C2 C1 10k 0.1uF 1uF 153
C1 = 0,01 µF (tuú ý cã hay kh«ng còng ®−îc) Mét xung ©m, ®¬n, ng¾n h¹n t¸c dông ë ®Çu vµo sÏ cho mét xung d−¬ng, ®¬n dµi h¹n ë ®Çu ra. “Thêi gian kÐo dµi xung” t (cßn cã c¸c tªn gäi kh¸c nh− “bÒ réng xung” “®é dµi xung”) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng sau: t ≈ 0,7 RC L−u ý r»ng khi ®· xuÊt hiÖn sù nhÈy bËc cña xung ë ®Çu ra (tõ 0 → 1) th× thêi gian kÐo dµi xung tuú thuéc vµo h»ng sè thêi gian RC. Trong thêi gian nµy nÕu t¸c dông xung vµo th× còng kh«ng ¶nh h−ëng g× ®Õn xung ra. BÒ réng xung ®¬n ë ®Çu vµo ph¶i chän sao cho nhá h¬n bÒ réng xung ra. c) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ vi m¹ch 74121, 74221 H×nh sau lµ gi¶n ®å ch©n nèi, b¶ng ch©n lý cña 74121. M¹ch ®−îc nèi ®Ó 74121 ph¸t mét xung ®¬n khi cã xung kÝch thÝch ë ®Çu vµo (øng víi hµng thø 6 trong b¶ng ch©n lý). Input Output Q A1 A2 B 0 x 1 0 x 0 1 0 x x 0 0 1 1 x 0 1 1 1 1 1 0 x x 0 ⎧ NC = No internal connection ; Cext = external condensator ⎨ ⎩Rext/Cext = external resitor/external Condensator +5V 14 4 5 1k A2 B Vcc 100K /Q 1 11 Rext/Cext C 10 Cext I NPUT Q6 74121 0.01uF 3 A1 GND 7 154
Thêi gian kÐo dµi xung (duration time) hay bÒ réng xung (width) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc d−íi ®©y: t ≈ 0,7 RC ⎧1pF < C < 1µF Trong thùc tÕ th× ⎨ do ®ã 1ns < t < 100ns ⎩1K < R < 100K Vi m¹ch 74221 hay 74LS221 lµ ®a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng kÐp (kh¸c víi 74121 lµ lo¹i ®¬n) víi ®Çu vµo dïng trig¬ Smit (gièng 74121). Trong s¸ch cÈm nang 74221 ®−îc gäi lµ Dual monostable multivibrator with schmitt – triger input. Gi÷a 74221vµ 74LS221 kh¸c nhau vÒ c«ng suÊt tiªu thô vµ bÒ réng xung ra cùc ®¹i (74221 → 130mw/21smax , 74LS221 → 23mw/70smax). H×nh sau lµ s¬ ®å ch©n nèi vµ b¶ng ch©n lý cña 74LS221. L−u ý r»ng s¬ ®å ch©n nèi vµ b¶ng ch©n lý nµy còng cã thÓ sö dông ®−îc cho ®a hµi 74LS123. BÒ réng xung ®−îc tÝnh theo c«ng thøc sau : t ≈ 0,7 RC 155
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. X©y dùng m¹ch ph¸t xung nhÞp (Clock Generator) tõ cöa §¶o S¬ ®å thÝ nghiÖm: 5V +V 220 220 74LS08 74LS08 4k7 74LS112 74LS112 7 4LS08 1n 4.000MHZ 2k7 33p 33p C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 03 Cæng NAND 2 lèi vµo [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 02 Trig¬ JK lo¹i 74LS112 [Digital by Number/741xx/74112 1/2} 02 §iÖn trë 220 [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 02 Tô ®iÖn 30p [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 01 Tô ®iÖn 1n [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 01 §iÖn trë 4,7K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 01 Th¹ch anh 4Mhz [Crystals/Standard/Crystal] 01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V] (1) Chó ý: [] §−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn () Ký hiÖu phÝm t¾t B−íc 2: - Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu, chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo 156
môc UIC, sau ®ã Ok vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool [Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña c¸c Trig¬, quan s¸t d¹ng sãng thu ®−îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký . 2. X©y dùng m¹ch ph¸t xung nhÞp tõ IC 555 S¬ ®å thÝ nghiÖm: +5V R1 2k 555 1 8 Gnd Vcc Out 2 7 Trg Dis 3 6 Out Thr 4 5 Rst Ctl R2 2k .IC + C .1uF C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 02 §iÖn trë 2K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 01 Tô ®iÖn 0.1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 01 IC 555 [Timers/Timers/555] 01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V] (1) 01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC] (I) B−íc 2: a. Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu, chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo môc UIC, sau ®ã Ok vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool 157
[Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña IC 555 (Ch©n sè 3), quan s¸t d¹ng sãng thu ®−îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký. b. B¹n ®a chuét sang phÝa bªn tr¸i m¹n h×nh, trong vïng measurement Cursors, trªn kªnh X1 vµ X2 chän a20_2, t−¬ng tù ë môc cßn l¹i b¹n chän Frequency 1..2, sau ®ã dÞch chuét trªn dao ®éng ký ®óng mét chu kú, nh×n phÝa d−íi môc Frequency 1..2 b¹n sÏ x¸c ®Þnh ®−îc tÇn sè ph¸t cña IC555, so s¸nh víi kÕt qu¶ lý thuyÕt T = 0,7 ( R1 + R 2 )C = 2,1 RC 3. §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ IC 555 S¬ ®å thÝ nghiÖm: V1 12V CMD1 V2 R 0V 5/0V UA555 27k .IC In Gnd Vcc Trg Dis Out Thr Rst Ctl out 20 Hz C 1uF C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 §iÖn trë 27K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 01 Tô ®iÖn 1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 01 IC 555 [Timers/Timers/555] 01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V] (1) 01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC] (I) 01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V] (1) 01 Logic Source +12V [Sources/Linear/+V] (1) 01 Square Generator[Instrusment/Analog/Signal Gen] B−íc 2: Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu, chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó 158
tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo môc UIC, sau ®ã OK vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót “Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool [Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña IC555 vµ lèi vµo Triger cña IC555, quan s¸t d¹ng sãng thu ®îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký. NhËn xÐt vÒ d¹ng sãng lèi ra vµ lèi vµo cña IC 555, gi¶i thÝch t¹i sao l¹i cã hiÖn t−îng nµy ? 159
C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Bé ®Þnh thêi gian (Timer) Tªn IC: 555 160
161
2. Bé dao ®éng mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®Çu vµo trig¬ Smit (Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs) Tªn IC: 74x121 (TTL) 3. Bé dao ®éng mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®Çu vµo trig¬ Smit (Dual Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs) Tªn IC: 74x221 (TTL) 162