Phan tich mach dién Để lập các xung vuông tần số thấp hơn 1000Hz sơ đồ đa hài đối xứng hoặc không đối xứng dùng IC tuyến tính dựa trên cấu trúc của một mạch so sánh hôi tiếp dương có nhi
Trang 1KHOA ĐIỆN TỨ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
FRR L] „c**%
BÀI TIỂU LUẬN
HP: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ
GV hướng dẫn: ThS Phạm Duy Khánh
Nhóm thực hiện:
Lớp HP:
Thái Nguyên -
Trang 23 Sinh viÊn <-<<<<<+<<s<s MSSYV cccsSSS>
4 Sinh vIÊn << <5 +<<<<<<+<<s<s MSSYV cccsSSS>
5 Sinh viên . 525 <<cc<<<<<+ MSSYV -ccccccS
Yêu câu của đê tài:
Giáo viên chấm GV hướng dẫn
Trang 31.1.2 Sơ đồ mạch đa hài tự kích dùng tranZIfOT -c+S-cc+ccs+csscesss 4
1.2 Nguyên lí hoạt động - - c1 111v v ST TH TH TH ng Hiệp 4 1.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước -. 2-2 cscss+¿ 5 1.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisïm - 2-52 522522 £2££+£s+£E+zS+2 7
2 Mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán -¿- St SEcEvEEEEeEertsrerrrree 9 2.1 Phân tích mạch điện c E22 1111221111211 1111521 1 1118511111821 1 11c xe 9
2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch - ¿(6 22 S2 SE *+1E£EE+EEESkErkrskerkcee 10 2.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước - s2: 11 2.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim -2 2 52 5+22++255z£2 12
3 Mạch đa hài tự kích dùng IC Š5Š .- c - Sc S 11219 ng net 14 3.1 Phân tích mạch điện - - -¿E + 2211112211116 2231 1111251111 2511111185111 cxxe 14
3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch - ¿22+ S< + S1 *31E£EE+EEESkErkrskerkcee 16 3.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước - s2: 16 3.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim - 22 2 s2 s2 x££s225++š 18
PHẦN II KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIÊN . - 20 TAI LIEU THAM KHẢO -2¿-22222222EE111222E1112222111122211112221111222E.ee 21
Trang 4PHAN I: DAT VAN DE
Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ của cách mạng thông tin, ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ nhanh nhất Những người có trí tưởng tượng phong phú nhất cũng không thể hình dung được tương lai của ngành điện tử sẽ diễn biến theo chiều hướng nào Các đồ điện tử tin học,
các thiết bị thông tin giải trí vừa mới mua sắm đã trở thành lạc hậu, lỗi thời
Linh kiên điện tử càng ngày càng nhỏ bé, vừa tiết kiệm năng lượng vừa tích hợp nhiều chức năng mạch điện tử vì thế càng ngày càng thay đổi về hình dáng và
cấu trúc Các vi mạch (IC) đời mới chứa được hàng trăm linh kiện, một IC có thể thay thế cho nhiều tầng hay nhiều khối chức năng
Mỗi thiết bị điện tử đều gồm rất nhiều mạch, hầu hết những mạch ấy đều
được cải tiễn từ một số mạch cơ bản ban đầu Chỉ cần một thay đổi nhỏ là một mạch ban đầu có thể biến thành một mạch mới với tính năng mới Bằng cách thay đổi cách nỗi dây, thay đổi vị trí hay thêm bớt linh kiện là người ta có thê biến mạch cơ bản thành hàng trăm mạch mới với nhiều tính năng tác dụng mới
- Mạch dao động đa hài cũng là một mạch cơ bản, nó được dùng nhiều trong
hâu hêt các thiệt bị kĩ thuật sô, trong máy thu hình, đâu đĩa, máy tính, trò chơi,đông
hô hay các thiệt bị quảng cáo trang trí
Riêng lĩnh vực trang trí, có đến vài chục loại IC chuyên điều khiển các đèn
chớp sáng hay các chữ chạy nhảy như AN6879, 6877, 6878, 6884, 6891, 6888,
6887 cac IC nay déu được cải tiên từ mach dao động da hai dung Tranzistor
‹ Với sự hướng dẫn của thầy Phạm Duy Khánh, sinh viên nhóm 12 — lớp học
phân H2 xin được trình bày những hiêu biệt về mạch đa hài tự kích trong bài việt dưới đây
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 3
Trang 5PHAN II: GIAI QUYET VAN DE
1 Mạch đa hài tự kích dùng tranzistor
Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài tự kích và giản đồ thời gian
Ta giả thiết mạch là đối xứng thì khi đóng mạch nguồn cung cấp cả hai Tranzistor đều thông, dòng điện qua hai Tranzistor là bằng nhau, điện thế trên cực góp của các Tranzistor là như nhau Tuy nhiên hiện tượng đối xứng tuyệt đối trong
thực tế là không tồn tại do có sai số giữa các điện trở, tụ điện, độ tản mạn các tham SỐ
của các Tranzistor cùng loại v.v nên một trong hai TranzIstor sẽ dẫn mạnh hơn
Trang 6chỉ kết thúc khi Ic; giảm về bằng “0” (T› khoá hẳn: Uczz Ec) và Ic dat gid tri Torn (Ti
mở boa hoa: Uc; = 0)
Ngay khi T¡ mở bão hoà, Ta khoá chắc chắn thì tụ C; được nạp theo đường: +Ec
> Re > C2 > fret —> mát (âm nguon Ec) Dong thoi voi qua trinh nap dién cua tu
C; là quá trình phong dién cua tu Cy: +C) > feetr1 > Ec (qua noi tro cua nguồn) >
Rpa —> -C¡ Chính quá trình phóng điện của tụ C¡ tạo nên một sụt áp âm trên tiếp giáp
gôc - phát của Tạ giữ cho Tạ ở trạng thái khóa chăc chăn
Theo thời gian dòng phóng của tụ C¡ giảm dần, điện thế trên cực gốc của T; bớt
âm dần Khi điện áp Uer;z > 0 thì đèn T; sẽ thông lại bắt đầu một quá trình hồi tiếp
như sau:
I~ tang > Uc giảm —> Upị giảm > Ic; giam > Uc; tang > Up tang ¬
Kết thúc quá trình hồi tiếp trên, T¡ khóa, Ts thông bão hòa bắt đầu quá trình nap
điện của tụ C¡ và phóng dién cua tu C2, Uc) = Ec, Ucn = 0
` Qua các phân tích ở trên ta thấy mạch có thể tự động chuyền từ trạng thái cân băng không ôn định này sang trang thái cân bang không ôn định khác mà không cân
Trang 7la Ec va Uci = Sco Chu kỳ T của hai day xung ra này được tính theo biểu thức:
T=ti+0
Trong đó : tị = Rị.C¡.Ln2 x 0,7 Rị.C¡ là hằng số thời gian phóng của C¡
tạ = Rạ.C;.Ln2 ~ 0,7 Rạ.C; là hằng số thời gian phóng của Cp
WR thi hang s6 thời gian phóng nạp của tụ C¡ và C; đều thay đổi, dẫn đến độ rộng
xung ra thay đổi
Với cách mắc trên ta có chu kỳ T là: Tx I,4.(WR + R).C
Trong mạch ta chọn Tranzistor là loại N-P-N có công suất nhỏ nhưng hệ số khuếch đại lớn như loại Tranzistor silic có nhãn hiệu Cạ›s, hoặc Cogs
Vi du 1: Có các số liệu Rp = Rp =R= 10kO; Rey = Ro =1kQ; C) = C; = 0,47uF ta
có thê dùng biên trở đê tân sô xung ra là 50Hz như sau:
Vậy cần điều chỉnh giá trị của biến tro WR = 20,4 kQ thì tần số xung ra là 50Hz
Hằng số thời gian phóng của tụ C¡ là: 1ị = Rp; C¡.Ln2 = 0,7R¡C¡
Hằng số thời gian phóng của tụ C¡ là: 1ạ= Rạ¡ Cạ.Ln2 ~ 0,7RzC;
=Tz 0,7(R¡C¡ + RạG)
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 6
Trang 8Khi CI ¿C2 thì rị #1; các xung ra sẽ là các xung không đối xứng hay nói cách khác độ rộng của 2 xung là khác nhau
1.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim
XSC1
Hình 1.3 : Mô phỏng mạch đa hai ding Tranzistor
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 7
Trang 9Timebase Channel_A Trigger
Scale: 5ms/Div Scale: 2 V/Div Edge: (4d Ext
Xpos(Dw): 0 Ypos.(Div): 0 E Level: 0 V
Cea) a >) a2») &)(s)B) s s (Sng Wor) to) Hane) RA):
Hinh 1.4 : Gian dé dién áp ra Uc¡ (màu đỏ) và điện áp Upi(màu xanh)
Trang 8
Trang 10Timebase Channel_A x Trigger
Scale: Sms/Div Scale: 2 V/DW ae Edge: Ge) Ext
X pos (Div): 0 Y pos (Div): 0 C @ B Level: 0 v i
(E)[AE > l[Ase > ) Kia © © (Sing (Nor ](Auto (None) [Az =+: |
Hình 1.5 : Giản đồ điện áp ra Uc; (màu đỏ) va dién dp Up2(mau xanh)
2 Mach da hai ding IC khuéch dai thuat toan
2.1 Phan tich mach dién
Để lập các xung vuông tần số thấp hơn 1000Hz sơ đồ đa hài (đối xứng hoặc không đối xứng) dùng IC tuyến tính dựa trên cấu trúc của một mạch so sánh hôi tiếp dương
có nhiều ưu điểm hon so đồ dùng Tranzistor đã nêu Tuy nhiên do tính chat tan số của
IC khá tốt nên ở tần số cao việc ứng dụng sơ đồ IC mang nhiều ưu điểm hơn
Hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý (hình 2.1a) và giản đồ thời gian (hình 2.1b) làm việc
của mạch phát xung dùng vi mạch khuêch đại thuật toán
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 9
Trang 11Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung (a) và giản đồ thời gian (b)
Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy KĐTT (khuếch đại thuật toán) cùng hai điện trở
R, va R; tao thành một mạch trigơ smit có điện áp ngưỡng lấy trên điện trở R;: up = Uri Điện áp đặt tới đầu vào của trigơ Smit (đầu vào đảo của KĐTT) được lấy trên tụ
C và tuân theo quy luật biến thiên của điện ap trén tu: Un = Uc
Với cách mắc của trigo smit nói trên cùng mạch R, C như hình vẽ ta được một mạch dao động tự kích có giản đô thời gian mô tả hoạt động như hình 2.Ib
2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch
Khi điện thế trên đầu vào N (điện áp trên tụ C) đạt tới ngưỡng lật của trigơ Smit thì
sơ đồ sẽ lật trạng thái và điện áp ra đột biến giá trị ngược lại với giá trị cũ Sau đó thế
trên đầu vào N thay đồi theo hướng ngược lại và tiếp tục cho đến khi đạt ngưỡng lật
khác Quá trình thay đôi Uy được điều khiển bởi thời gian phóng nạp của C từ U; qua
Đến thời điểm t¡ điện thế trên N đạt đến ngưỡng u¿ = U”p =+U¿a mạx của trigơ
Smit nên sơ đồ lật trạng thái
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 10
Trang 12+ Từ tị + ft, u = - „ma —> điện áp ngưỡng cũng lật trạng thái:
up=U p=-Ù B, đồng thời tụ C phóng điện từ + C —> R —> KĐTT —> -Ucc —> nội trở nguồn -> mát -> - C Khi điện áp trên tụ giảm về bằng không thì tụ lại nạp
theo chiêu ngược lại từ mát —> C —> R — KĐTT —> - Ucc, điện áp trên tụ tăng dân với cực tính ngược lại Tại tạ điện thê trên N đạt dén giá trị ngưỡng
uec=Up=-.U„„„ —> sơ đồ lại lật trạng thái —> u„=+ Uamax —> uy =U*p =+U
ramax
Ta max 8 ,
đồng thời tụ C phóng điện theo đường +C —> mát —> nội trở nguồn —> +Ucc —> R —>
—> -C Khi điện áp trên tụ giảm vê “0” thì tụ được nạp theo chiêu ngược lại từ +Ucc
—> KĐTT —› R —C —> mát
2.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước
Qua các phân tích trên ta thấy quá trình phóng và nạp của tụ C đều thông qua điện trở R trong các khoảng thời gian 0 + tị, tị + tạ, lúc đó phương trình vi phân để xác
có nghiệm sau: Dy()= U„m„x|1=(—B.e R€) [
Tại thời điểm tị điện áp trên tụ dat gid tri Un(t)) = U'p = Ura max-B
+
> Un (ty) = U'p =© max 1 -(I +Bhe Re y= B.U mạ; - (*)
Với tị là hằng số thời gian phóng nạp của tụ C khi Ura = Ura max:
Néu ta chon R; = R> thi: tT) =R.C.Ln3 ~1,1 B.C
Do quá trình phóng nạp của tụ đều qua R nên ta có tị = ta = t ~ 1,1.R.C nên chu kỳ
T của xung ra :
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 11
Trang 13Hình 2.2: Sơ đô nguyên lý mạch phát xung sử dụng "A741
Nhìn vào biểu thức trên ta thấy: khi muốn thay đôi tần số của đẫy xung ra ta có
thé thực hiện bằng cách thay đổi điện dung của tụ C hoặc thay đổi giá trị điện trở R
Hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý một mạch phát xung dùng khuyếch đại thuật toán dùng
vi mạch A741 có độ rộng thay đổi được nhờ biến trở WR Với mạch này ta có công
thức tính chu kỳ của xung ra như sau:
Chon R = 1,3kQ va WR, = 226kO, WRz= IkQO
Với R = 1,3kQ va WR = (1-226)kQ thi tan sé dién ap thay déi tir (10-1000) Hz
2.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm mufilsim
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 12
Trang 14
Timebase — - _ ChanlA - A Trigger
Scale: 10 ms/Div Scale: 5 V/Div oS Ede: ER) Ext
Xpos.(Div): 0 Y pos (Div): 0 > ‹® B level; 0 Vv
[W/E)Íam >][a+e > noma © {Sing} (Nor.} (auto) (None) Az) Ext)
C 2
Hình 2.4 : Giản đồ điện áp L(màu xanh) và điện áp U,„(màu đỏ)
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 - Học phần H2 Trang 13
Trang 153 Mạch đa hài tu kich ding IC 555
3.1 Phan tich mach dién
Khi phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dãy xung vuông liên tục cung cấp cho khối đếm Yêu cầu đặt ra đối với khối này là dãy xung vuông được tạo ra có tần
số thay đổi được đề từ đó có thể thay đổi được tốc độ hiển thi Hình 3.T là sơ đồ nguyên lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng được các yêu cầu trên
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555
Vi mạch 555 là loại vi mạch được dùng để phát xung vuông chuyên dụng
Muốn tạo ra được day xung liên tục người ta tiến hành ghép vi mạch này với tụ điện
và điện trở như hình vẽ Đề hiểu rõ nguyên lý hoạt động của phát xung của vi mạch
555 ta quan sát sơ đồ trải của vi mạch 555 hình 3.2
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 14
Trang 16
Hình 3.2: Sơ đề trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo
Phần được đóng khung bằng nét đứt là vi mạch 555, nó có cấu tạo cơ bản từ 2
phần tử khuếch đại thuật toán OA1, OA2 và 1 Trigơ R-S Trong đó hai khuếch đại
thuật toán được mắc theo kiểu mạch so sánh có điện áp ngưỡng được lấy trên bộ phân
áp dùng 3 điện trở có cùng giá trị R Với cách mắc như trên thì điện áp ngưỡng của các mạch so sánh là /ee/3 đối với OA; và 2U,„/3 đối với OA¡ Quan sát trên sơ đồ
ta thấy điện áp trên tụ C được đặt tới đầu vào còn lại của hai mạch so sánh nên giá trị
điện áp trên tụ sẽ quyết định trạng thái của chúng
Hình 3.3: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 15
Trang 173.2 Nguyên lý hoạt động của mạch
2Ucc
* Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là U, =
mur logic “1” còn đầu ra OA2 có mức logic “0”, đầu ra 1 có mức logic “1” (R=1,S
= 0), tranzitor T thông Tụ C phóng điện qua Rạ, qua T vê mát làm cho điện áp trên
nó giảm dân Đâu ra của mạch phát xung không có xung ra (mức logic “0”)
+Khi we U.< a thì đầu ra của OA¡ và OA; đều có mức logic “0” trigơ
vẫn giữ nguyên trang thai (R = 0, S = 0), T vẫn mở, tụ C tiếp tục phóng điện, điện áp
trên nó tiệp tục giảm, xung ra ở mức logic “0”
+ Đến thời điểm tị U„< =, dau ra OA; c6 mite logic “1”, con dau ra OA,
vẫn có mức logic “0”, 1 nhận trị “0” (R = 0, S = 1) Qua céng NAND ta nhan duoc
xung ra ở mức logic “I1”, đông thời tranzitor T khoá tụ C được nạp từ +Ucc —> Ra >
Rg > C —> mát Quá trình tụ nạp điện áp trên nó tăng dân theo biêu thức sau:
Uc=U c- (ie Brkt) 4 Voc @ RRC —.-
+ Trong khoảng thời gian điện áp trên tụ thoả mãn: 2> >Uy> = các đầu ra
bộ so sánh đều nhận trị “0”, trigơ giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), xung ra vẫn
ton tai & mite logic “1”, T van khóa tụ C tiếp tục được nạp điện
+ Cho đến thời điểm t;, Uc > 2Ucc/3 đầu ra của OA; chuyền trạng thái lên
mức loglc “L”, dau ra cla OA; van gitt nguyén trang thai, | nhan tri “1” (R =1, S = 0), xung ra nhận mức logic “0” đồng thời T thông bão hoà, tụ C phóng điện, hoạt động của mạch lặp lại như quá trình từ 0 +t) Kết quả là ta thu được một dẫy xung vuông ở đầu ra trên chân 3 của vi mạch 555
3.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước
Đề thay đổi tần số xung ra thì thay đôi hằng số thời gian phóng, nạp của tụ C bằng
cách thay đôi giá trị các điện trở Ra và Rạ
Thời gian để điện áp trên tụ được nạp từ giá trị Ucc/3 đạt đến giá trị 2Ucc /3 ta tính
được theo công thức sau:
Sinh viên thực hiện : Nhóm 12 — Học phần H2 Trang 16
