Báo cáo thực hành điện tử tương tự số 13330 (n10) bài 1 xây dựng một số mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán

Khuếch đại thuật toán: Bộ KĐTT là một bộ khuếch đại một chiều ghép trực tiếp được sử dụng trong các thuật toán biến đổi cho nên được gọi tên theo ứng dụng là KĐTT: OA Operational Ampliff

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

HỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ-SỐ

13330 (N10) Giảng viên: Đỗ Thị Chang

BÁO CÁO THỰC HÀNH

(TH1)

Nhóm 03

Họ và tên:………

Mã Sinh viên:………

BÀI 1:

Xây dựng một số mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán

I Cơ sở lý thuyết

1 Khuếch đại thuật toán:

Bộ KĐTT là một bộ khuếch đại một chiều (ghép trực tiếp) được sử dụng trong các thuật toán biến đổi cho nên được gọi tên theo ứng dụng là KĐTT: OA (Operational Ampliffier)

Cấu trúc của bộ KĐTT bao gồm 1 hoặc 2 tầng khuếch đại vi sai ở đầu vào, vài tầng khuếch đại ghép trực tiếp và tầng khuếch đại mắc Collecter chung

ở đầu ra để có được trở kháng ra nhỏ

2 Một số ứng dụng của vi mạch khuếch đại thuật toán:

- Bộ khuếch đại thuận:

Gồm:

 Điện áp vào được đưa tới lối vào đồng pha;

 Điện áp hồi tiếp âm được lấy thông qua cầu chia điện áp ra R1 và R2

Hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại thuận:

K = U ra

U = R1+R2

R = 1 + R2

R

Hình 1.1: Bộ khuếch đại thuận

II Nội dung thực hành:

- Xây dựng mạch khuếch đại thuận sử dụng khuếch đại thuật toán

Sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đôi ± 12 V)

- Sơ đồ chân của IC LM324:

- Mạch khuếch đại thuận sử dụng IC LM324:

LM324

Hình 1.3: Mạch khuếch đại thuận trên Proteus

IC LM324

Hình 1.2: IC LM324

 Nhận xét:

- Hệ số khuếch đại: K = U ra

U vào = R6+R7

R6 = 1 + R7

R6 = 1 + 10k 10k = 2 (đúng với lý thuyết)

- Khi biến trở tăng lên → đèn sáng, tiếp tục xoay biến trở → đèn sáng đến mức nhất định rồi không sáng thêm nữa => do điện áp ra không thể vượt quá điện áp nguồn được

- Khi biến trở giảm dần → đèn tắt dần => điện áp ra giảm

Hình 1.4: Mạch khuếch đại thuận trên Test board

BÀI 2:

Xây dựng một số mạch tổ hợp

I Cơ sở lý thuyết

1 Các cổng logic:

11 A + B + C = A + (B + C) 12 A B C = A (B C)

15 BA + BA = B 16 (B + A) (B + A ) = B

17 A+B = A B 18 A B = A + B

e, Cổng NOR

2 Các hệ thức cơ bản và hệ quả của đại số Boole:

3 Mạch tổ hợp

a, Khái niệm

Mạch tổ hợp là mạch mà trạng thái đầu ra của mạch chỉ phụ thuộc vào tổ hợp các trạng thái đầu vào mà không phụ thuộc vào trình tự tác động của các đầu vào Theo quan điểm về điều khiển thì mạch tổ hợp là mạch hở, hệ không

có phản hồi, nghĩa là trạng thái đóng mở của các phần tử trong mạch hoàn toàn không bị ảnh hưởng của trạng thái tín hiệu đầu ra

b, Thiết kế mạch tổ hợp

- Bước 1: Mô tả bài toán dạng chức năng hay nói cách khác đây là quá trình

phân tích các yêu cầu đặt ra cho việc thiết kế mạch Phải xác định được cái nào là biến số đầu vào, cái nào là hàm số đầu ra và mối quan hệ logic giữa chúng

- Bước 2: Tối thiểu hóa

Sử dụng các phương pháp tối thiểu hóa mạch tổ hợp đã được trình bày ở trên để tiến hành tối thiểu hóa hay nói cách khác là ta rút gọn, để sao cho mạch khi được thiết kế sẽ sử dụng ít linh kiện nhất Tùy theo yêu cầu của bài toán, số biến đầu vào ít hay nhiều mà ta sử dụng phương pháp tối thiểu hóa cho thích hợp Thông thường ta sử dụng phương pháp tối thiểu hóa bằng bảng Các nô khi số biến đầu vào nhỏ hơn hoặc bằng 6 Khi số biến đầu vào tăng lên ta sử dụng phương pháp Quine Mc.Cluskey

- Bước 3:Vẽ sơ đồ mạch sử dụng các cổng logic đã cho

Hình 1.5: Bảng các hệ thức cơ bản và hệ quả của đại số Boole

Y X

………

……

A1 A n−1

A0

Tùy theo yêu cầu sử dụng các cổng logic cụ thể của bài toán mà ta cần biến đổi biểu thức logic sau khi đã được tối thiểu hóa thành dạng phù hợp Thông thường ta sử dụng định lý De-Morgan để biến đổi

4.Mạch dồn kênh:

a, Định nghĩa

Bộ dồn kênh (MUX - Multiplexer) là một mạch tổ hợp có 2n đầu vào thông tin (đầu vào dữ liệu) X0, X1,…X2n−1, n đầu vào điều khiển (đầu vào địa chỉ) A0, A1,…A n−1 và một đầu ra Y Hoạt động chọn dữ liệu đầu vào của MUX được thực hiện do đầu vào điều khiển Để có thể lựa chọn được thì mỗi đầu vào thông tin được gán cho một địa chỉ, mã hóa bằng số nhị phân Ngoài ra MUX còn có một đầu vào chọn mạch làm việc E

b, Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý hoạt động của bộ dồn kênh

 Sơ đồ cấu trúc của bộ dồn kênh:

 Nguyên lý hoạt động bộ dồn kênh:

MUX

X0

X1

X2n−1

Hình 1.6: Sơ đồ cấu trúc của bộ dồn kênh

Với bộ MUX có N đầu vào thông tin (từ D0 đến D2n−1) thì sẽ có n tín hiệu địa chỉ (S0đến S n) với điều kiện 2n Tùy theo giá trị của n tín hiệu địa chỉ

mà đầu ra sẽ bằng một trong những giá trị ở đầu vào Ngoài ra MUX còn có một đầu vào chọn mạch làm việc E:

- Nếu E = 1 thì MUX hoạt động

- Nếu E = 0 thì MUX không làm việc hay nói cách khác mạch bị chốt

 Sơ đồ chân của IC 74LS151:

II Nội dung thực hành

Câu 1: Rút gọn hàm và xây dựng mạch với chức năng tương đương:

IC 74LS151

Hình 1.7: IC 74LS151

Hình 1.8: Mạch tổ hợp hàm chưa rút gọn trên Proteus

- Hàm sau khi rút gọn: Y= A+ B.C

Hình 1.9: Mạch tổ hợp của hàm rút gọn trên Proteus

- Thực hiện lắp ráp mạch trên panel thí nghiệm:

- Dùng các phần tử logic để thành lập mạch thực hiện hàm Q1:

- Hàm Q1 = AC + BC + AB

Hình 1.11: Bảng chân lý hàm Q1, Q2

Hình 1.12: Bảng Các nô rút gọn hàm Q1

- Thực hiện lắp ráp hàm Q1

trên panel thí nghiệm:

- Dùng mạch dồn kênh (MUX) với 8 đầu vào thông tin (74LS151) để thể hiện hàm Q1:

12

Hình 1.13: Mạch tổ hợp hàm Q1 rút gọn

Hình 1.14: Mạch lắp ráp hàm Q1 trên panel thí nghiệm

- Thực hiện lắp ráp mạch dồn kênh trên Test board:

Hình 1.16: Sơ đồ mạch dồn kênh trên Test board

 Nhận xét:

- Khi thay đổi giá trị đầu vào ở các chân A, B, C của IC theo bảng chân lý,

đèn sáng và tắt theo đúng giá trị đầu ra của hàm Q1:

VD: A = B = C = 0 - nối chân A, B, C với nguồn âm

Q1= 0 - đèn tắt

BÀI 3:

Xây dựng mạch dao động và bộ đếm

I Cơ sở lý thuyết

1 Định nghĩa và phân loại bộ đếm:

a, Định nghĩa:

Bộ đếm là một dãy tuần hoàn gồm một dãy các FF được ghép nối thích hợp để có khả năng đếm các xung đi tới, chỉ thị và lưu giữ kết quả ở các đầu ra

FF dưới dạng mã nhị phân nào đó, mạch có số trạng thái trong đúng bằng hệ số

đếm (ký hiệu K đ) Dưới tác dụng của tín hiệu vào đếm, mạch sẽ chuyển từ trạng thái trong này đến trạng thái trong khác theo một thứ tự nhất định, cứ sau K đ tín hiệu vào đếm, mạch trở về trạng thái xuất phát ban đầu để bắt đầu một chu trình mới Khi sử dụng bộ đếm có hai thông số cần quan tâm:

+ Hệ số đếm (Dung lượng đếm) K đ;

+ Tốc độ đếm

b, Phân loại:

 Phân loại theo nguyên tắc làm việc:

- Bộ đếm đồng bộ

- Bộ đếm không đồng bộ

 Phân loại theo hệ số đếm (K đ):

- Bộ đếm có hệ số đếm K đ = 2n: Bộ đếm đầy

- Bộ đếm có hệ số đếm K đ ≠ 2n: Bộ đếm không đầy

 Phân loại theo chiều đếm:

- Bộ đếm thuận

- Bộ đếm nghịch

- Bộ đếm thuận - nghịch

 Phân loại bộ đếm theo khả năng lập trình:

- Bộ đếm có khả năng lập trình

- Bộ đếm không có khả năng lập trình

2 Mã của bộ đếm:

Một số mã thường dùng để mã hóa trong bộ đếm:

- Mã nhị phân

- Mã BCD

- Mã Johson

- Mã vòng

II Nội dung thực hành:

Câu 1:

Xây dựng mạch dao động sử dụng IC 555:

Hình 1.17: Sơ đồ mạch dao động trên Proteus

- Nguyên lý hoạt động IC 555: Mạch dùng 2 điện trở và 1 tụ điện để xác định

tần số và chu kỳ làm việc của tín hiệu ra Khi vừa cấp nguồn 5V, tụ điện ở điện thế 0V tức ngưỡng Vcc/3 Mức thấp này ở ngõ lật ( Trigger) làm cho Timer 555 lật và ngõ ra lên cao, đồng thời tụ nạp về hướng Vcc qua hai điện trở R1 và R2, nhưng khi tụ nạp đến điện thế của tụ bằng ngưỡng trên 2/3 Vcc, FlipFlop lật trạng thái và ngõ ra xuống thấp ( xấp xỉ 0V) Lúc bấy giờ transistor T2 dẫn và tụ phóng điện qua điện trở R2 về hướng 0V Khi điện thế của tụ bằng ngưỡng dưới Vcc/3 FlipFlop trở lại trạng thái ban đầu và ngõ

ra lên cao, transistor T2 ngưng và tụ lại nạp lên về hướng Vcc Kết quả là ở

ngõ ra ta thu được tín hiệu xung vuông Led sau khi được tạo xung có hiện tượng nhấp nháy

Hình 1.18: Sơ đồ nguyên lý IC 555

- Thiết kế bộ đếm đồng bộ, thuận, Kđ=10 sử dụng IC 74LS192:

- Thực hiện lắp ráp bộ đếm trên Test board:

Hình 1.19: Sơ đồ bộ đếm đồng bộ thuận trên Proteus

Hình 1.20: Sơ đồ bộ đếm trên Test board

 Các IC sử dụng trong bộ đếm:

- IC 555: Mạch dao động tạo xung

- IC 74LS192: Mạch đếm

- IC 74LS47: Mạch chuyển mã BCD thành mã 7 vạch có Anode chung

 Nhận xét:

- Con LED 7 đoạn hiện số từ 0 đến 9

 Nguyên lý: IC 555 tạo xung truyềnđến IC 74LS192 để đếm xung, sau đó tiếp tục truyền mã BCD từ IC 74LS192 sang IC 74LS47 để chuyển mã BCD sang mã 7 vạch, cuối cùng truyền tín hiệu sang LED 7 đoạn để hiển thị số