THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 12

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

136
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

trigơ smit (Schmitt Trigger) A. Phần tóm tắt lý thuyết Trigơ Smit làm nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu biến thiên chậm chạp hoặc tín hiệu xung với s-ờn thoai thoải thành tín hiệu xung vuông. ở đây Vi là điện áp đầu vào, V0 là điện áp đầu ra. Có hai điện áp ng-ỡng ở đầu vào làm cho điện áp ở đầu ra thay đổi đột ngột, đó là điện áp ng-ỡng d-ới (hay thấp) ViL và điện áp ng-ỡng trên (hay cao) ViH. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của V0 vào Vi cũng dễ dàng giải...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 12

Bµi 12: trig¬ smit (Schmitt Trigger) A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt Trig¬ Smit lµm nhiÖm vô biÕn ®æi mét tÝn hiÖu biÕn thiªn chËm ch¹p hoÆc tÝn hiÖu xung víi s−ên thoai tho¶i thµnh tÝn hiÖu xung vu«ng. ë ®©y Vi lµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo, V0 lµ ®iÖn ¸p ®Çu ra. Cã hai ®iÖn ¸p ng−ìng ë ®Çu vµo lµm cho ®iÖn ¸p ë ®Çu ra thay ®æi ®ét ngét, ®ã lµ ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi (hay thÊp) ViL vµ ®iÖn ¸p ng−ìng trªn (hay cao) ViH. §å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña V0 vµo Vi còng dÔ dµng gi¶i thÝch. Theo chiÒu mòi tªn ta thÊy, lóc ®Çu tr¹ng th¸i lèi ra lµ “thÊp”. Khi Vi = ViL th× ®Çu ra vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i nµy. Khi Vi = ViH ®Çu ra chuyÓn lªn tr¹ng th¸i “cao” . Chõng nµo Vi > ViH th× ®Çu ra vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i cao. NÕu b©y giê Vi b¾t ®Çu gi¶m, nh−ng ph¶i gi¶m ®Õn tËn gi¸ trÞ Vi = ViL (thÊp h¬n gi¸ trÞ ViH) th× ®Çu ra míi thay ®æi tr¹ng th¸i tõ cao xuèng thÊp. MiÒn ΛVi = ViH − ViL gäi lµ miÒn trÔ (hysteresis). CÇn l−u ý r»ng ®Çu ra thay ®æi ®ét ngét vÒ tr¹ng th¸i øng víi ®iÖn ¸p ng−ìng nµo (ViL hay ViH) lµ tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra vµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi cña nã. Gi¶n ®å thêi gian vµ ®å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc V0 vµo Vi ë trªn còng nãi lªn nhËn xÐt nµy. MiÒn trÔ hay miÒn chÕt rÊt cã Ých trong viÖc cÇn ph¶i söa d¹ng sãng. Mét tÝn hiÖu dÇy ®Æc nhiÔu ë ®Çu vµo cho ta mét tÝn hiÖu vu«ng v¾n ë ®Çu ra. Trig¬ Smit t−¬ng tù (Analog Schmitt Trigger) ë ®©y ng−êi ta sö dông lo¹i khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) cã tèc ®é nhanh vÝ dô 111, 211, 311 hay cùc nhanh 160, 260, 360. H×nh sau lµ s¬ ®å m¹ch dïng 163
K§TT 311 vµ ®å thÞ biÓu diÔn hµm chuyÓn vµo - ra øng víi gi¸ trÞ ghi trong m¹ch. Víi m¹ch nµy Vi > 1,2V th× V0 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b·o hoµ -13V Vi < -1,2V th× V0 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b·o hoµ +13V §©y lµ m¹ch khuÕch ®¹i cã ph¶n håi d−¬ng vµ tÝn hiÖu t¸c dông vµo ®Çu ®¶o. ë ®©y ta l¹i thÊy xuÊt hiÖn hiÖn t−îng trÔ nh− phÇn më ®Çu ®· nãi. NÕu ®Çu vµo Vi lµ tÝn hiÖu h×nh sin th× ®Çu ra V0 lµ tÝn hiÖu vu«ng gãc. §iÖn ¸p ®Çu ra V0 sÏ thay ®æi ®ét ngét khi ®iÖn ¸p ®Çu vµo Vi ®¹t gi¸ trÞ ng−ìng ± 1,2v. Trig¬ Smit sè (Digital Schmitt Trigger). Trig¬ Smit sè cã thÓ x©y dùng tõ hai cöa ®¶o hoÆc tõ mét cöa ®Öm theo hai s¬ ®å cho trªn h×nh sau R2 Vout R1 Vin R2 Vout R1 Vin G Ta thö tÝnh to¸n cho trig¬ Smit x©y dùng tõ cöa ®Öm thuéc hä CMOS. ë ®©y G lµ ®Çu vµo (Gate) cña cöa ®Öm CMOS. §Çu ra chØ cã thÓ nhËn ®−îc hai gi¸ trÞ øng víi hai tr¹ng th¸i : cao (VCC ) vµ thÊp (0). §iÖn trë R1 vµ R2 t¹o nªn bé chia thÕ. §iÖn ¸p VG t¹i ®Çu vµo cöa ®Öm ®−îc tÝnh theo nguyªn lý chång chÊt tõ hai ®iÖn ¸p Vi vµ V0. 164
R2 R1 VG = Vi + V0 R1 + R 2 R1 + R 2 Sö dông ®iÒu kiÖn biªn khi Vi = ViL , V0 = VCC Vi = ViH , V0 = 0 Lóc nµy VG tiÕn tíi gi¸ trÞ ng−ìng cña cöa ®Öm CMOS, nghÜa lµ VG = VT (Threshold = ng−ìng). R1 + R 2 R2 R1 R → VT = ViL + VCC ViL = VT − VCC 1 R1 + R 2 R1 + R 2 R2 R2 R1 + R 2 R2 → VT = ViH +0 ViH = VT vµ R1 + R 2 R2 R1 MiÒn trÔ ∆Vi = ViH − ViL = VCC R2 Gi¶ sö R2 = 10R1 th× ∆ Vi = 0,1VCC C¸c phÐp tÝnh cho trig¬ Smit x©y dùng tõ cña ®Öm hä TTL còng cã kÕt qu¶ t−¬ng tù. Tuy nhiªn ®iÖn ¸p ®Çu ra V0 ë tr¹ng th¸i cao kho¶ng 3,4V vµ ë tr¹ng th¸i thÊp kho¶ng 0,2V , ®ã lµ c¸c gi¸ trÞ tiªu biÓu. KÕt qu¶ tÝnh trªn ®©y chØ lµ gÇn ®óng, viÖc x¸c ®Þnh ®óng c¸c gi¸ trÞ ng−ìng chØ cã thÓ kiÓm tra b»ng thùc nghiÖm. V× r»ng lèi vµo cña CMOS lµ m¹ch hë, do ®ã cã thÓ dïng ®iÖn trë bÊt kú trong thùc nghiÖm . Víi cña logic hä TTL th× trë lèi vµo nhá h¬n 500 Ω nguån tÝn hiÖu ph¶i cã trë néi nhá. B¶ng gîi ý d−íi ®©y gióp ta c¸ch chän linh kiÖn cho trig¬ Smit nÕu muèn x©y dùng tõ cña ®¶o hay cöa ®Öm. Hä CMOS Dïng hai cöa ®¶o : 4041 hay 4069 Dïng mét cöa ®Öm : 4050 (tèt nhÊt trong hä CMOS). Dïng ®iÖn trë : R1 = 10K, R2 = 100K. Hä TTL Dïng hai cöa ®¶o : 7404 (tèt nhÊt trong hä TTL). Dïng mét cöa ®Öm : 7407 hay 7417 R1 = 330 Ω , R2 = 3,3K Dïng ®iÖn trë : Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n cña trig¬ Smit x©y dùng theo c¸ch trªn ®©y lµ tÝnh “bÊt æn ®Þnh” v× nhiÖt ®é. Khi nhiÖt ®é thay ®æi th× ®iÖn ¸p ng−ìng bÞ thay ®æi theo. §iÒu nµy thÊy râ rÖt nhÊt khi ta dïng cöa ®¶o hay cöa ®Öm hä TTL. H·ng TEXAS 165
(Texas instrument) ®· chÕ t¹o trig¬ Smit hä TTL d−íc d¹ng m¹ch tÝch hîp nguyªn khèi (Monolithic Integrated Circuit) vµ h·ng MOTOROLA (Motorola Semiconductors)®· chÕ t¹o trig¬ Smit hä CMOS mét c¸ch hoµn chØnh. Hä CMOS: MC 14093B (nand schmitt trigger) MC 14583B (DUAL schmitt trigger) MC 14584B (HEX schmitt trigger) Hä TTL : 7413 (nand schmitt trigger) 7414 (HEX schmitt trigger) 74132 (NAND schmitt trigger) CÇn l−u ý trong c¸c sæ tay ch©n vi m¹ch, nÕu lµ trig¬ Smit th× cã thªm ký hiÖu trÔ trong ký hiÖu logic. VÝ dô cöa kh«ng vµ 2 ®Çu vµo (7400) vµ trig¬ Smit NAND hai ®Çu vµo 74132 166
B. PhÇn thùc nghiÖm 1. Nghiªn cøu trig¬ smitt t−¬ng tù (Analog Schmitt Triger) Trig¬ smitt t−¬ng tù ®−îc x©y dùng tõ bé so s¸nh LM339. Hay ta cã thÓ sö dông c¸c bé so s¸nh kh¸c vÝ dô nh−: LP111, LP211, LP311. TÝn hiÖu tõ m¸y ph¸t chuÈn cã d¹ng h×nh sin, tÇn sè 10 KHz, biªn ®é Vpp = 10V. Sau ®ã cho qua trig¬ Smitt t−îng tù. Quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu ë lèi ra cña trig¬ S¬ ®å thÝ nghiÖm: 15V 15V V2 R3 -5/5V 1k B LM339 A 10kHz R1 10k -15V R2 1k C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 01 Bé so s¸nh Lm339 [Linear ICs/Comparators/ Comparator 5/LM339] 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] 03 §iÖn trë[General/Resistors/Risistor] (r) Chó ý: [] §−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn () Ký hiÖu phÝm t¾t B−íc 2: - Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: TÝn hiÖu d¹ng h×nh sin, tÇn sè 10KHz, biªn ®é Vpp = 10V. - Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ Transient Analysis 167
- Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø ®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift. B−íc 3: - H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ R1, R2 kh¸c nhau ®Ó so s¸nh miÒn trÔ ∆V = ViH - ViL - 2. Nghiªn cøu trig¬ Smitt sè (Digital Schmitt Triger) Chóng ta sÏ x©y dùng vµ nghiªn cøu m¹ch trig¬ smitt ®−îc x©y dùng tõ hai cöa ®¶o. TÝn hiÖu ®−a vµo ®−îc lÊy tõ m¸y ph¸t cã d¹ng h×nh tam gi¸c. Ta ®−îc tÝn cã d¹ng h×nh vu«ng. S¬ ®å thÝ nghiÖm: R3 10k V2 D 0/5V R4 C Vi 1k Vo 10kHz C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 02 Cæng NAND 2 lèi vµo [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] 02 §iÖn trë[General/Resistors/Risistor] (r) B−íc 2: - Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: TÝn hiÖu d¹ng h×nh tam gi¸c, tÇn sè 10KHz, biªn ®é Vpp = 5V. - KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Pulse Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau: 168
- Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ Transient Analysis - Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø ®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift. B−íc 3: - H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ R1, R2 kh¸c nhau ®Ó so s¸nh miÒn trÔ ∆V = ViH - ViL - 3. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cña 74LS132 IC 74LS132 gåm 4 cöa NAND 2 lèi vµo. ë bµi thùc tËp nµy ta cho tÝn hiÖu h×nh sin vµo vµ quan s¸t tÝn hiÖu lèi ra. S¬ ®å thÝ nghiÖm: V6 0/5V 74LS132 B A 10kHz C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm: B−íc1: Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông: 02 IC 74LS132 [Digital by Number/741xx/74132] 01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen] B−íc 2: 169
- Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode - §Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Sin Wawe Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau: - Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ Transient Analysis - Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø ®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift. B−íc 3: - H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH - KÝch ®óp vµo trig¬ smitt 74LS132, sau ®ã cã thÓ chän c¸c lo¹i IC kh¸c nhau vÝ dô nh−: 4011, 4093, 74LS00, 74F132… Ch¹y ch−¬ng tr×nh vµ so s¸nh c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc. V1 5V +V 4093 4. KiÓm tra kiÕn thøc A Cho s¬ ®å thÝ nghiÖm sau: B R1 1k C1 1uF Thùc hiÖn vÏ m¹ch theo s¬ ®å trªn. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B 170
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 so s¸nh sö dông cho trig¬ Smit t−¬ng tù Tªn IC: LF111, LF211, LF311, LM339 LP311 5 2 3 1 6 4 171
2. NAND hai ®Çu vµo sö dông trig¬ Smit Tªn IC: 4011, 4093, 74LS132... 172