Mạch dao động tạo xung vuông với tần số theo yêu cầu sử dụng ic555

Trong đời sống, con người thường trao đổi thông tin với nhau (âm thanh, hình ảnh,…). Điều đó rất cần thiết, phụ thuộc vào các hệ thống điện tử. Những tín hiệu được đưa ra được biến đổi thành các đại lượng dòng, áp. Và nó tỉ lệ với lượng tin tức đó. Ví dụ: camera biến đổi hình ảnh thành tín hiệu điện, micro biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện. Đó là các tín hiệu liên tục (tương tự) hoặc tín hiệu gián đoạn (xung và số). Các thiết bị điện tử tương tự, điện tử xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật hiện đại (rada, điện tử ứng dụng, điều khiển,…). Từ những tính ứng dụng rất cao trong thực tế, chúng em chọn đề tài: “THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555” làm đề tài nghiên cứu.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN:

ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - EE2110

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG

VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GV NGUYỄN CẢNH QUANG

Hà Nội, tháng 6/2019

PHẦN 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI……… 4

1.1 Giới thiệu về mạch dao động tạo xung vuông……… 4

1.2 Lý do chọn đề tài……… 4

PHẦN 2 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN – IC 555……… 5

2.1 Giới thiệu IC 555……… 5

2.2 Cấu trúc bên trong IC 555……… 6

2.3 Sự dao động……… 7

PHẦN 3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG……… 9

3.1 Sơ đồ mạch điện tổng quát……… 9

3.2 Cơ sở lý thuyết……… 9

PHẦN 4 THIẾT KẾ MẠCH……… 11

4.1 Các phương pháp thiết kế mạch……… 11

4.2 Số liệu mạch đã thiết kế……… 12

4.3 Mô hình mạch đã được thực hiện……… 12

PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN……… 13

5.1 Kết luận……… 13

5.2 Hướng phát triển……… 13

LỜI MỞ ĐẦU

Trong đời sống, con người thường trao đổi thông tin với nhau (âm thanh, hình ảnh,…) Điều đó rất cần thiết, phụ thuộc vào các hệ thống điện tử Những tín hiệu được đưa ra được biến đổi thành các đại lượng dòng, áp Và nó tỉ lệ với lượng tin tức đó Ví dụ: camera biến đổi hình ảnh thành tín hiệu điện, micro biến đổi âm thanh thành tín hiệu điện Đó là các tín hiệu liên tục (tương tự) hoặc tín hiệu gián đoạn (xung và số) Các thiết bị điện tử tương tự, điện tử xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật hiện đại (rada, điện tử ứng dụng, điều khiển,…) Từ những tính ứng dụng rất cao trong thực tế, chúng em chọn đề tài:

“THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555” làm đề tài nghiên cứu

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1.1 MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG

 Mạch dao động:

Mạch dao động là mạch mạch dao động sử dụng các linh kiện để phát ra tín hiệu xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị

Có nhiều dạng tín hiệu xung được phát ra từ mạch dao động, như xung sine , xung vuông , xung tam giác…

 Mạch dao động tạo xung vuông:

Có nhiều cách thiết kế mạch để tạo xung vuông như thiết kế mạch dùng Transistor , thiết kế mạch dùng Opam, …

Ở đây,chọn thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng ICNE555N Dựa vào sơ đồ khối ta có thể nhận ra rằng để tạo được xung vuông ta chỉ cần IC 555 và 1 số linh kiện phổ biến như R,C

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

– IC555 rất phổ biến ,dễ tìm

– Mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, dễ giải thích ,dễ hiểu nguyên lý làm việc của nó

PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN – IC 555

2.1 GIỚI THIỆU IC 555

* Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

* Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor

PNP Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3

* Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt

cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

* Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra Khi chân số 4 nối masse

thì ngõ ra ở mức thấp

* Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC

555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase

* Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác mạch so sánh

dùng các transistor NPN mức chuẩn là Vcc/3

* Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi

tầng logic khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở

ra

* Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho

IC 555 trong khoảng từ +5v - +15v và mức tối đa là +18

2.2 CẤU TRÚC BÊN TRONG IC 555

Cấu tạo của IC 555 gồm có :

+ Bộ phân áp gồm 3 điện trở R1 = 5K nối từ nguồn dương xuống mass cho ra hai điện áp chuẩn là : (2/3)Ucc và (1/3)Ucc

+ A1 và A2 là hai IC KĐTT mắc theo kiểu so sánh có ngưỡng lật được lấy trên

bộ phân áp gồm 3R1 là (1/3)Ucc đối với A2 và (2/3)Ucc đối với A1 Tín hiệu đầu ra của A1 được đưa tới đầu vào R của Trigơ RS (Tín hiệu này phụ thuộc vào tín hiệu so sánh ở chân 6 ) Tín hiệu đầu ra của A2 được đưa tới đầu vào S của Trigơ RS (Tín hiệu này phụ thuộc vào tín hiệu so sánh ở chân 2)

+ Trigơ RS là mạch có hai trạng thái cân bằng ổn định Khi chân set (S) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của Trigơ làm đầu ra Q lên mức cao còn đầu ra Q xuống mức thấp Khi chân Reset (R) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của Trigơ làm đầu ra Q lên mức cao còn đầu ra Q xuống mức thấp Khi chân Reset (R) và chân set (S) đều có mức điện áp thấp hoặc chuyển từ mức điện áp cao về mức điện áp thấp thì trạng thái đầu ra của Trigơ RS được giữ

nguyên Khi chân Reset (R) và chân set (S) đều có mức điện áp cao thì trạng thái đầu ra của Trigơ RS là không xác định

+ Mạch Ouput là mạch khuyếch đại đầu ra để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải Đây là mạch khuếch đại đảo có đầu vào là chân Q của Trigơ RS , nên khi Q

có mức cao thì đầu ra chân 3 có mức điện áp thấp (  0V) ,và ngược lại Q có mức thấp thì đầu ra chân 3 có mức điện áp cao (  Ucc)

+ Tranzitor T0 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V , nên khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4V thì T0 khoá và không ảnh hưởng tới hoạt động của mạch Khi chân 4 mắc vói một điện trở nhỏ rồi nối mass thì T0 mở bão hoà, làm đầu ra chân 3 có điện áp thấp Chân 4 gọi là chân Reset , có nghĩa là nó Reset IC 555 bất chấp trạng thái ở các đầu vào khác Khi sử dụng nếu không dùng chức năng Reset thì nối chân 4 lên mức điện áp cao để tránh mạch bị Reset do nhiễu + Tranzitor T có cực C để hở nối ra chân 7 Do cực B đưuợc phân cực bởi mức điện áp ra Q nên khi Q có mức cao thì T mở bão hoà và khi đó cực C của T coi như được nối mass, lúc đó đầu ra chân 3 cũng có mức điện áp thấp (  0V) ,và ngược lại Q có mức thấp T khoá cực C bị hở mạch , lúc đó đầu ra chân 3 có mức điện áp cao (  Ucc)

+ Chân 5 thường được nối với một tụ có dung lượng nhỏ khoảng 0,01 F , rồi nối xuống mass để lọc nhiễu tần số cao có thể làm ảnh hưởng tới điện áp chuẩn (2/3)Ucc

2.3 SỰ DAO ĐỘNG

Ký hiệu 0 là mức thấp bằng 0V, 1 là mức cao gần bằng VCC Mạch FF là loại RS Flip-flop

Khi S = thì Q = và = [ 0]

Sau đó, khi S = [0] thì Q = và = [0]

Khi R = thì = và Q = [0]

Tóm lại, khi S = thì Q = và khi R = thì Q = [0] bởi vì = , transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2

Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset

Giai đoạn ngõ ra ở mức 1:

Khi bấm công tắc khởi động, chân 2 ở mức 0

Vì điện áp ở chân 2 (V-) nhỏ hơn V1(V+), ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 1 nên S = ,

Q = và = [0] Ngõ ra của IC ở mức 1

Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp trên tụ tăng Khi nhấn công tắc lần nữa Op-amp 1 có V- = lớn hơn V+ nên ngõ ra của Op-amp 1 ở mức 0,

S = [0], Q và vẫn không đổi Trong khi điện áp tụ C nhỏ hơn V2, FF vẫn giữ nguyên trạng thái đó

Giai đoạn ngõ ra ở mức 0:

Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp 2 có V+ lớn hơn V- = 2/3 VCC, R = nên Q = [0] và = Ngõ ra của IC ở mức 0

Vì = , transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé hơn V-, ngõ ra của Op-amp 2 ở mức 0 Vì vậy Q và không đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor

Kết quả cuối cùng: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ

ổn định

PHẦN 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG QUÁT

3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Ta có:

I (s )=

V cc

s +

V cc−0,7

s

R B 1+ 1

s C2

= 2V cc−0,7

R B 1(s+ 1

R B 1 C2)

1

1 2

2 0,7 ( ) ( )

1

B

s

R C





Do đó:

( ) 2 0,7 B

t

R C



  

t

R C



1 2

.ln

0,7

cc B

cc

V

t R C

V



Vì:

* Thời gian ngưng dẫn T2 (Chứng minh tương tự )

Thông thường trong mạch dao động ta có công thức tính thời gian ngưng dẫn của transistor là : T = RCln2 =0.693 R

Do đó, thời gian ngưng dẫn ở mức áp cao cũng là lúc tụ C nạp dòng qua R1+R2 là:

T =T X+T N=0,693(R1+2 R2).C

PHẦN 4: THIẾT KẾ MẠCH

4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH

Tần số biến đổi từ 500 Hz – 1000 Hz, có 3 phương án thực hiện:

- Thay đổi R1, R2

- Thay đổi tụ điện C2

- Thay đổi đồng thời cả tụ và điện trở

Để đơn giản thì thay đổi điện trở R2 (dùng biến trở)

* Nếu muốn thay đổi độ lớn tần số dao động của mạch thì chỉ cần thay đổi giá trị của R1, R2 hoặc của C

Tuy nhiên Nếu chỉ thay đổi giá trị R1 (hoặc R2) không thôi, thì tần số (F) cũng như độ rộng xung (Duty cycle) sẽ bị thay đổi cùng lúc

+ Muốn thay đổi tần số (giữ nguyên độ rộng xung) thì R1 và R2 phải được thay đổi cùng lúc (cùng tăng hoặc cùng giảm một giá trị như nhau)

+ Muốn thay đổi độ rộng xung (giữ nguyên tần số) thì R1 và R2 phải được thay đổi cùng lúc nhưng có chiều ngược lại (khi R1 tăng thì R2 phải giảm

* Trong thực tế giá trị của R1 và R2 có thể có sai số, vì thế nên giảm trị số của R1 (hoặc R2) để cho duty cycle đạt được 50% Mạch trên dùng thêm diode để Tn=Tx, để đảm bảo có được xung vuông tại chân OUT(3) là đối xứng Sở dĩ 2 con diode này có tác dụng như vậy là vì lúc tụ nạp thì dòng chỉ qua R1 nhớ có diode D2.khi đó thời gian nạp là Tn=t1=0,693.R1.C2 và khi tụ xả cũng vậy, nhờ

có D1 mà dòng xả chỉ qua R2 và thời gian xả là Tx=t2=0,693.R2.C2Mà R1=R2 (chọn lúc thiết kế) => Tn=Tx

4.2 SỐ LIỆU ĐÃ THIẾT KẾ

Với tần số 700Hz, chọn C 100nF, R 1 10000 , khi đó:

0,693 2 0,693 10000 2 100.10

4.3 MÔ HÌNH MẠCH ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN

PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 KẾT LUẬN

Mạch tạo xung vuông IC555:

+ Dễ làm, dễ hiểu

+ Linh kiện phổ biến, tiết kiệm

+ Có nhiều ứng dụng trong thực tế

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN

Mạch tạo xung vuông sử dụng IC555 có ứng dụng rất lớn trong thực tế Sau đây là một số ứng dụng, hướng phát triển đề tài:

+ Mạch tạo tiếng còi hụ (2 nhịp)

+ Mạch gõ nhịp định thời

+ Mạch dò tìm sóng điện từ trường