TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF – 03B

TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF – 03B

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO

TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM TIẾN MẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF - 03B

HẢI PHÒNG - 2015

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO

TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM TIẾN MẠNH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF – 03B

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D52027

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN PHƯƠNG LÂM

HẢI PHÒNG - 2015

LỜI CẢM ƠN

Được sự phân công của khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Hàng HảiViệt Nam và sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Phương Lâm, em

đã thực hiện đề tài: “ Tìm hiểu module kĩ thuật xung ITF – 03B ”

Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệunhà trường cùng các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện Tử đã tận tình hướngdẫn, giảng dạy em trong suốt thời gian học tập và rèn luyện tại Trường Đại HọcHàng Hải Việt Nam

Em xin gửi lời biết ơn chân thành tới thầy giáo ThS Nguyễn Phương Lâmngười đã hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và các bạn trong tập thể hai lớpĐTV52 - ĐH đã động viên, giúp đỡ và góp ý cho em rất nhiều trong quá trìnhhọc tập và thực hiện đồ án này

Mặc dù em đã rất cố gắng để thực hiện đồ án một cách hoàn chỉnh nhấtsong do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi nhữngthiếu sót Vì vậy em rất mong nhận được các ý kiến đóng góp quý báu của quýThầy Cô và các bạn cùng lớp để đề tài của em được hoàn chỉnh hơn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử thậtdồi dào sức khỏe và thành công để tiếp tục giảng dạy và truyền đạt kiến thức chonhững thế hệ mai sau

Em xin chân thành cảm ơn!

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015

Sinh viên thực hiện Phạm Tiến Mạnh

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:

Đồ án này là do em thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo ThS.Nguyễn Phương Lâm

Các số liệu đo đạc, hình ảnh và kết luận trong đồ án hoàn toàn trung thực

Em xin chịu trách nhiệm về việc nghiên cứu của mình

Sinh viên thực hiện

Phạm Tiến Mạnh

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.21 Kí hiệu của transistor trong mạch điện 19

Hình 3.7 Kết quả dạng sóng đầu ra của mạch sau khi thay đổi hằng số RC của 26

Hình 3.8 Kết quả dạng sóng đầu ra của mạch sau khi thay đổi điện trở 100K 27

Hình 3.16 Kết quả dạng sóng đầu ra của mạch tích phân sau khithay trở 100 K 34

Hình 3.18 Kết quả dạng sóng đầu ra của mạch tích phân sau khithay tụ 1000 pF 35

Hình 3.22 Sơ đồ tương đương diode khóa và diode mở 39

Hình 3.24 Kết quả mô phỏng ảnh hưởng của điện dung kí sinh đến dạng sóng đầu ra 40

Hình 3.28 Kết quả dạng sóng đầu ra thu được của mạch xén xung biên dưới 43

Hình 3.42 Kết quả dạng sóng đầu ra của mạch ghim trên có ngưỡng ghim -3V 53

Hình 3.45 Sơ đồ mạch AND dùng diode 55

Hình 3.59 Sơ đồ tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếpâm về điện áp 62

Hình 3.60 Sơ đồ mạch tương đương điện trở của mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm về điện áp 62

Hình 3.61 Sơ đồ mạch tương đương điện trở của mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm về điện áp 63

Hình 3.62 Sơ đồ mạch tương đương điện dung của mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm về điện áp 63

Hình 3.63 Sơ đồ tương đương của mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp dương về điện áp. 64

Hình 3.64 Sơ đồ mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếpâm kiểu miller 65

Hình 3.65

Kết quả mô phỏng mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller Khi cấp xung vuông tần số 1khz tới đầu vào có biên độ 5V

65

Hình 3.66 Sơ đồ kết nối mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller 66

Hình 3.67 Kết quả dạng sóng đầu ra mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller 67

Hình 3.68

Sơ đồ kết nối mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller khi thay tụ C = 0,1 uF

70

Hình 3.74 Sơ đồ kết nối mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳngdùng hồi tiếp dương bootstrap 72

Hình 3.75 Dạng sóng đầu ra mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp dương bootstrap 72

Hình 3.76 Sơ đồ kết nối mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳngdùng hồi tiếp dương bootstrap khi thay điện trở 10K. 73

Hình 3.77

Dạng sóng đầu ra mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp dương bootstrap khi thay điện trở 10K

Hình 3.84 Dạng sóng đầu ra thu được trên Vb2 và Q của mạch dao động đa hài. 80

Hình 3.85 Sơ đồ kết nối mạch dao động đa hài sau khi thay trở Rb2 = 1k. 81

Hình 3.86 Dạng sóng đầu ra mạch dao động đa hài sau khi thaytrở Rb2 = 1k. 82

Hình 3.89 Sơ đồ kết nối mạch dao động đa hài chế độ đợi với mạch trigger schmitt 85

Hình 3.90 Dạng sóng đầu vào và đầu ra của mạch dao động đa hài chế độ đợi 86

Hình 3.91 Dạng sóng đầu ra giữa Ve và Q của mạch dao động đa hài đợi 86

Hình 3.107 Dạng sóng đầu ra của trigger Schmitt 95

Hình 3.111 Dạng sóng vào ra của hệ 2 mạch vi phân và mạch ghim điện áp. 99

Hình 3.112 Dạng sóng đầu ra của mạch đa hài và dạng sóng đầu ra của mạch RS –Flip Flop 99

Hình 3.113 Dạng sóng đầu vào và đầu ra của mạch dao động đa hài chế độ đợi 100

Hình 3.120 Dạng sóng thu được trên đầu vào và ra của mạch miller ,cũng là đầu ra của hệ 104

Hình 3.121 Dạng sóng thu được trên đầu vào và đầu ra của mạchtrigger Schmitt. 104

Hình 3.122 Hình 3.122 Dạng sóng thu được trên đầu vào và đầura trên của mạch dao động đa hài chế độ đợi 105

PHẦN MỞ ĐẦU

Ngày nay nhờ sự tiến bộ kĩ thuật trong ngành vật liệu điện tử mà kĩ thuậtxung đã được áp dụng sâu rộng trong nhiều lĩnh vực của khoa học , quân sự vàđời sống như điều khiển tự động , máy tính , Radar …

Trong phạm vi đề tài này dựa trên các kiến thức đã biết và việc tìm hiểucác sơ đồ xung trong module thí nghiệm kĩ thuật xung ITF – 03B Em xin trìnhbày các đặc điểm,nguyên lí hoạt động cơ bản Kết hợp với các kết quả môphỏng và thực nghiệm trên các sơ đồ xung để làm rõ đặc điểm ứng dụng củachúng trong các mạch điện tử

Do kiến thức còn hạn hẹp nên đề tài của em còn nhiều sai sót , hạn chế Ởmột số sơ đồ vẫn còn thiếu các phân tích , tính toán định lượng Em mong được

sự góp ý , sửa chữa từ phía các thầy cô Để hoàn thiện những điểm còn thiếusót

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Phương Lâm đã hướng dẫn

và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

CHƯƠNG I : ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ CỦA XUNG ,ỨNG DỤNG CỦA

KĨ THUẬT XUNG TRONG THỰC TẾ 1.1 Khái niệm.

Xung là các điện áp hoặc dòng điện tồn tại trong khoảng thời gian rấtngắn ,có thể so sánh với thời gian quá độ trong mạch điện mà chúng tác dụng

Nếu có một dãy xung tác dụng nên một mạch điện thì giả sử rằng Khoảngthời gian giữa hai xung liên tiếp lớn hơn thời gian quá độ của mạch Như vậy cóthể xét sự tác dụng của dãy xung nên mạch giống như sự tác dụng của một xungđơn

1.2.Các tham số của xung

-Với một xung bất kì ta luôn có các tham số:

tr : Độ rộng sườn trước của xung

tf : Độ rộng sườn sau của xung

tp : độ rộng đỉnh xung

ton : độ rộng thực tế của xung

Độ rộng và độ dốc sườn xung là khoảng thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng từ 0,1 Vm và 0,9 Vm

Độ rộng đỉnh xung là khoảng thời gian xung có biên độ nằm trong khoảng0,9 Vm tới Vm.

Độ rộng xung thức tế : ton = tr+ tp +tf

Độ sụt đỉnh xung là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung

-Với một dãy xung còn có thêm các thông số là tần số f ,chu kì T ,độ rỗngxung toff

Ur

Vm

t

ton toff

T

Hình 1.2 Các tham số đặc trưng của một dãy xung

1.3 Ứng dụng của kĩ thuật xung.

Trong khoa học kĩ thuật hiện đại kĩ thuật xung được ứng dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực như : Điều khiển ,vô tuyến , Radar ,máy tính điện tử ,điện

tử ứng dụng vv

Tùy theo chức năng của thiết bị mà các sơ đồ xung khác nhau có thể được

sử dụng

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MODULE THÍ NGHIỆM VÀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG MODULE 2.1 Kết cấu tổng quan của module và các phụ kiện đi kèm

+Khối lượng và kích thước Module

Xấp sỉ 6 kg

Xấp sỉ 570mm chiều rộng , 83 mm chiều cao ,400 mmchiều dọc Chứa 13 mạch xung

+Nguồn điện cung cấp cho module

Module sử dụng nguồn 100V đến 240 V 10% xoay chiềutần số 50 /60 Hz

Công suất tiêu thụ tối đa của module là 20 W

+Các loại nguồn dao động sử dụng trong module

Nguồn tín hiệu sine 1Khz ,biên độ đỉnh +5V ,-5V Trởkháng ra 500 ohm

Nguồn tín hiệu xung vuông 1Khz ,độ rộng xung 50% ,biên

+ Các mạch điện thí nghiệm sử dụng trong module

10.Mạch dao động đa hài chế độ tạo dao động.

11.Mạch dao động đa hài chế độ đợi

Hình 2.1 Module thí nghiệm ITF – 03B.

+ Các loại jắc và chân cắm

1 Dây nguồn 2,4 m

Jắc cắm màu nâu gồm 30 cái ,tổng chiều dài 1m

Jắc cắm màu đỏ gồm 20 cái ,tổng chiều dài 3m

Jắc cắm màu da cam gồm 10 cái ,tổng chiều dài 3 m

Jắc cắm màu xanh gồm 10 cái , chiều dài 5m

Jắc cắm màu xám gồm 5 cái ,tổng chiều dài 8m

Jắc kiểm tra tín hiệu gồm 10 cái

I=U/R

U

R

I

Hình 2.2 đặc tuyến vol – ampe của điện trở tuyến tính

Điện trở tuyến tính được chia ra làm 2 loại :loại có giá trị cố định và loại

có giá trị thay đổi được

Giữa giá trị điện trở thực và giá trị điện trở danh định do nhà sản xuất cung cấpluôn có sai lệch gọi là sai số ,Sai số được tính theo phần trăm tỉ lệ giữa độ lệchvới giá trị muốn có 0.1% là loại có độ chính xác cao ,loại 20 % là loại có độchính xác kém Trong môt mạch điện điện trở có ki hiệu :

Hình 2.3 Các loại kí hiệu của điện trở thường gặp

+ Tác dụng : Đặc tính của điện trở là cản trở dòng điện và gây sụt áp trên

2 đầu điện trở Do đó được sử dụng để chịu tải ,phân áp ,mở rộng thang đo

….Trong module điện trở sử dụng trong các mạch tích phân,vi phân kết hợp với

tụ điện tạo hằng số phóng nạp RC.Sử dụng trong các mạch trigger đối xứng ,ổnđịnh đơn , RS Flip Flop ,T Flip Flop , JK Flip Flop ,mạch dao động đa hài, tạothiên áp cho transistor làm viêc ở chế độ bão hòa hoặc khóa hoàn toàn trong chế

độ xung

+ Cách đọc giá trị điện trở bằng vòng màu trên điện trở :

Hình 2.4 Cách đọc vòng màu điện trở

Hình 2.5 Các loại điện trở thường gặp

- Điện trở phi tuyến :

+ Định nghĩa : Là loại điện trở có đặc tuyến I=f(U) là dạng phi tuyến Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trên phần tử không tuân theo định luật ôm

Các phần tử có điện trở phi tuyến trong module như transistor ,diode

2.2.2 Tụ Điên.

+ Định nghĩa

Nếu một vật thể có số proton nhiều hơn electron sẽ mang điện tích dương(+) Và ngược lại nếu số proton ít hơn số electron thì vật thể sẽ mang điện tích

âm (-) Nếu 2 vật thể được đặt cách ly nhau và đặt vào một điện áp ,chúng sẽđược tích điện trái dấu

Vật thể nối với âm nguồn sẽ tích điện âm Vật thể nối với dương nguồn sẽmang điện tích dương

+

+

-E

Hình 2.6 Sự tích điện của vật thể khi nối với nguồn cấp.

Đối với một vật tích điện vùng không gian xung quanh chúng có mộttrạng thái gọi là điện trường Trường điện từ được tạo từ các đường sức điện.Các đường sức điện trường có hướng đi ra từ điện tích dương và đi vào phíađiện tích âm Do đó giữa 2 vật thể đã suất hiện một điện trường

Trường diện xuất hiện phụ thuộc giá trị điện áp đặt vào,vào kích thước vật thể và khoảng cách giữa chúng Điện dungcủa hệ thống 2 vật thể đang xét , kí hiệu “C” Là đại lượng đặctrưng cho các yếu tố trên

Bằng thực nghiệm chứng minh được :điện dung C bằng tỉ

số giữa điên tích của vật thể và điện áp đăt vào chúng

C=Q/U

C: Điện dung của hệ Đơn vị là fara ,kí hiệu “ F ”

Q: Điện tích của 2 vật thể đang xét Đơn vị culon , kí hiệu

“ C ”

U: Điện áp đặt vào chúng Đơn vị volts ,kí hiệu “ V”

Một phần tử có điện dung 1 fara khi có điện áp đặt nên là 1

V sẽ tích điện là 1 culon Như vậy ,điện dung là một thuộc tính

mà dưới tác động của điện áp ,điện tích sẽ được nạp

Một hệ 2 vật như trên có thể coi là một tụ điện Trong thực tế tụ điện tụđiện có thể cấu tạo từ các loại vật liệu khác nhau ,hình dạng khác nhau Như tụgốm , tụ giấy ,tụ mica , tụ hóa ,tụ kim loại- hợp chất kim loại (tụ MK) , Tụ kim

loại - giấy (tụ MP) , Các loại tụ thay đổi được trị số điện dung

Nhưng về cơ bản vẫn tuân theo các đặc điểm như hệ 2 vật ở trên

Trong mạch điện tụ điện có kí hiệu :

Hình 2.7 kí hiệu của tụ điện

+ Sự nạp của tụ

Hình 2.8 Sơ đồ nạp điện của tụ

Trong mạch điện hình bên Khi khóa K mở tụ chưa đượcnạp điện,đồng thời không có dòng điện chạy trong mạch

Khi đóng khóa K ,tại thời điểm ban đầu dòng điện chỉ tácđộng đến Rv ,Ri Điện áp trên tụ khi đó bằng 0 Tụ chưa đượcnạp và trở kháng của tụ bằng 0 Khi đó dòng điện trong mạchđạt giá trị lớn nhất

Hình 2.9 Đặc tuyến phóng nạp của tụ

Thời gian nạp của tụ điện phụ thuộc dòng điện ,tức là phụthuộc vào R và C Tích số giữa R và C quyết định thời gian nạpcủa tụ và được gọi là hằng số thời gian

W :năng điện tích trữ trong tụ

C : Giá trị điện dung của tụ

U : Điện áp trên tụ

+ Sự phóng của tụ

Khi nạp đầy tụ đóng vai chò như một nguồn điên Nếu nốikín mạch 2 bản cực của tụ sẽ xuất hiện dòng điện Khi phóngđiện cần có điện trở tải lắp trong mạch để hạn chế dòng phóng ,không gây phá hủy tụ

Khi khóa K đóng tụ sẽ phóng điện qua điện trở R Điện áp

và năng lượng trên tụ

giảm dần Do đó dòng phóng cũng sẽ giảm dần theo điện áp

Hình 2.10 Đặc tuyến phóng của tụ

+ Tác dụng của tụ điện trong module

Kết hợp với điện trở tạo thành các mạch tích phân ,viphân Sử dụng làm các điện dung tăng tốc trong các triger Vàlàm các phần tử tích thoát trong các mạch dao động đa hài

Gemani, Selen, Asenit Gali , phôphorit Indi, Antimonit Indi .

Silic , Gemani và phẩn lớn các loại vật liệu bán dẫn khác có cấutrúc đơn tinh thể Selen có cấu trúc đa tinh thể và vật liệu từcác nguyên tố nhóm A3B5 có cấu trúc đơn tinh thể hỗn hợp

Đối với các loaị vật liệu bán dẫn dùng để chế tạo các linhkiện bán dẫn cần yêu cầu về độ tinh khiết là cao nhất Vật liệubán dẫn dẫn điện khi trong nó tồn tại các điện tử hay hạt dẫn

Mỗi nguyên tử tạp chất axeptor có 3 liên kết ghép đôi hóatrị và một lien kết bị khuyết điện tử hay 1 lỗ trống ,nên dễ dàngnhận 1 điện tử

Bán dẫn loại N là bán dẫn silic tinh khiết được pha thêmcác tạp chất thừa điện tử như các nguyên tố thuộc nhóm 5 bảngtuần hoàn các nguyên tố hóa học Cho phep giả phóng ra cácđiện tử tự do

+Sự hình thành tiếp giáp P-N

Khi ghép 2 loại bán dẫn P và N lại với nhau thì tại vị trí tiếp xúccủa 2 loại bán dẫn sẽ xuất hiện 1 lớp chuyển tiếp P-N Đặc tínhcủa lớp này như sau

- +

Điện trường

Hình 2.12 Sự hình thành tiếp giáp P-N

Tại khu vực tiếp giáp điện tử sẽ khuyếch tán từ N sang P

và để lại các vị trí bị mất điện tử ở phía N ,do đó các vị trí nàymang điện tích dương tương ứng với tên gọi lỗ trống Còn phía

P tại khu vưc tiếp giáp sau khi nhận nhiều điện tử sẽ mang điệntích âm việc này sẽ tạo thanh một điện áp có hướng từ N sang

P ngăn chặn sự khuyếch tán tiếp tục của các điện tử khác Do

đó có tác dụng cản trở dòng điện Vùng chịu tác dụng của điệntrường này gọi là vùng điện tích không gian Khi nhiệt độ tăngthì vùng điện tích không gian nay mở rộng ra Điện trường trêntạo ra 1 điện áp gọi là điện áp khuyếch tán Bằng 0.6V đến 0.7

V với bán dẫn silic , 0.3 V với gemani

Như sự mô tả của hình vẽ trên Nếu cung cấp một điện ápngoài cùng chiều với chiều điện áp khuyếch tán sẽ làm vùngđiện tích không gian mở rộng , do đó không có dòng điện đi qualớp tiếp giáp Còn khi cấp một điện áp ngoại ngược chiều vớiđiện áp khuyếch tán sẽ làm vùng điện tích không gian thuhẹp Nếu điện áp ngoài lớn hơn điện áp khuyếch tán vùng điệntích không gian sẽ mất ,do đó sẽ có dòng điện chảy qua lớp tiếpgiáp

b.Diode

+ Định nghĩa:

Bản chất cấu tạo của một diot bán dẫn là một chuyển tiếp pn vối 2 tiếpxúc tuyến tính để có hai cực đầu ra gọi là anot (kí hiệu A ) và katot (ký hiệuK) Dựa vào diện tích tiếp xúc người ta chia r làm diode tiếp mặt và diode tiếpđiểm

Như hình sau:

Hình 2.13 Cấu tạo diode

+ Tính chất của diode cũng giống như tính chất của lớptiếp giáp P-N đã xét ở trên Là mở thông cho dòng lớn đi qua và

có điện trở nhỏ khi được phân cực thuận Ngược lại ,có điện trở

vô cùng lớn khi được phân cực ngược Hiệu ứng này của diodeđược ứng dụng làm các van điện tử chỉ để dẫn điện một chiều

Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp đặt và diode được

mô tả theo đặc tính von/ampe sau :

Vùng phân cực thuận

Vùng dẫn

Vùng phân cực ngược

Vùng dẫn ngược

Hình 2.14 Đặc tuyến Vol – Ampe của diode

Trong vùng dẫn điện ,tức là khi đặt vào anot điện ápdương Khi Uak = 0.1v

Dòng điện If chảy qua điode có giá trị nhỏ,điện trở củadiode lớn ,chưa xảy ra quá trình khuyếch tán hạt đa số Đối vớibán dẫn silic khi điện áp Uak khoảng 0.6V dòng If tăng mạnh,diode có điện trở thấp Khi Uak =0.7 V được coi là ngưỡng mởcủa diode .Còn đối với diode Ge ,ngưỡng mở thấp hơn ,chỉkhoảng 0.3 V

Trong vùng không dẫn điện ,nghĩa là khi dặt điện áp âmvào anot dòng điện If nhỏ cỡ 10^-9 A với diode silic và 10^-6 Avới diode Ge.Nhưng khi điện áp này lớn đến 1 ngưỡng nào đólớp tiếp giáp của diode sẽ bị đánh thủng .Hiện tượng đánhthủng sẽ làm mất tính chất dẫn một chiều của diode

Kí hiệu của diode

Hình 2.15 Kí hiệu của diode

+ Tác dụng của diode.trong thực tế diode được sử dụngtrong các mạch nguồn để chỉnh lưu dòng xoay chiều thành dòngmột chiều sử dụng làm các van dẫn 1 hướng hoặc tạo điện ápngưỡng cho đầu vào mạch khuyếch đại sử dụng trong cácmạch kĩ thuật xung Để giảm thời gian quá độ Sử dụng hiệuứng đánh thủng của diode zener cho việc ổn áp Dùng làmkhóa chuyển mạch trong kĩ thuật số

Trong module thí nghiệm diode được sử dụng là các van 1chiều trong các mạch xén xung .dùng trong mạch kích theosườn xung ,tạo ngưỡng điện áp cho đầu vào transistor .Làmkhóa chuyển mạch trong các mach and ,or.

Các hình ảnh thực tế của diode :

Hình 2.16 Hình ảnh thực tế của diode

Hình 2.17 Cấu tạo của transistor

Phân cực cho transistor :

Q 1

Rc Rb

Ub

Uc

Hình 2.18 Sơ đồ phân cực cho

transistor

Để transistor có thể hoạt động thì cần phân áp cho nó Trong đó :

Ub >= 0.7 V với loại transistor làm từ silic và 0.3 V với loại Ge Uce có thể từ 2v dến 300 v tùy loại

Khi transistor được phân áp như hình trên , lớp tiếp giáp giữa B và E sẽthông

Do đó điện tử từ miền E giàu tạp chất sẽ khuyếch tán sang miền sâu vàomiền B Dưới tác dụng của điện trường gia tốc Uce điện tử tiếp tục qua lớp tiếpgiáp mỏng giữa miền B và C đi về cực C của transistor Dòng chạy quatransistor chủ yếu tạo bởi dòng điện tử chạy từ E về C , còn một phần nhỏ điện

tử chạy từ E về B tạo nên dòng Ib nhỏ bằng vài phần trăm đến vài phần nghìndòng Ice Dòng diện Ibe và Ice có mối quan hệ tỉ lệ tuyến tính trong phạm vinhất định

Tỉ số giữa dòng Ice và Ibe được định nghĩa là hệ sốkhuyếch đại dòng điện transistor

B= Ice /Ibe

Thông thường B =100

Như vậy chỉ cần một sự thay đổi nhỏ của Ibe đã dẫn đến

sự thay đổi lớn của Ice Nhờ vây transistor có đặc tính khuyếchđại

Để mô tả hoạt động của transistor ,người ta sử dụng các

họ đặc tuyến Là các đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa cácthông số của transistor Bao gồm đặc tuyến vào ,đặc tuyến ra,đặc tuyến truyền đạt ,đặc tuyến hồi tiếp

Hình 2.19 Họ đặc tuyến của transistor

Chọn điểm làm việc cho transistor Trong chế độ khuyếchđại điểm làm việc được chọn ở khu vực hoạt động trong đặctuyến ra Còn trong chế độ xung (chế độ đóng cắt mạch

điện ) ,điểm làm việc chọn ở khu vực bão hòa khi transistordẫn

Vùng bão hòa

Ic =Vc/Rc

nhau mà transistor sẽ có các chức năng khác nhau Trongmodule thí nghiệm transistor lưỡng hạt loại NPN được phân cực

để làm viêc ở chế độ đóng cắt trong các mạch dao động đahài ,ổn định đơn,ổn định kép ,mạch RS –FF ,JK – FF , T –FF

Hình 2.22 Hình ảnh thực tế của các loại transistor

CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÍ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM CỦA CÁC MẠCH TRONG MODULE

+ Định Nghĩa :

Trong kĩ thuật xung ,mạch vi phân được dùng vào các mục đích sau :

Thu hẹp độ rộng xung , tạo xung nhọn để đồng bộ và kích thích các thiết

bị khác

Thực hiện thuật toán vi phân với các hàm số phức tạp trong đo lường và máy tính ,các hệ thống theo dõi và tự động điều chỉnh

Theo định nghĩa ,mạch vi phân điện áp là mạch có điện áp đầu ra U2(t) tỉ

lệ với đạo hàm của điện áp đầu vào U1(t)

Hình 3.1 Các mạch vi phân đơn giản

+ Mạch vi phân sử dụng điện dung

Nếu điều kiện ban đầu bằng không và tải của mạch đủ lớn thì điện áp ra phụ thuộc vào điện áp vào theo biểu thức :

U2(p) = R.I1(p) = U1(p)

Suy ra hệ số truyền đạt của mạch có dạng :

c là thành phần giới hạn trên của phổ tín hiệu

Theo các biểu thức 1.4 và 1.6 để tăng độ chính xác của mạch vi phân cân giảm nhỏ hằng số thời gian Nhưng điều đó lại làm giảm biên độ điện áp đầu ra

+ Ảnh hưởng của các tham số kí sinh đến dạng sóng đầu ra

Giả sủ tại thời điểm t=0 đưa dến đầu vào một xung xuông lí tưởng có biên độ E , độ rộng tx ,thỏa mãn điều kiện RC/tx << 1 Đầu ra sẽ nhận được 2 xung dương và âm có độ rộng nhỏ tương ứng với sườn trước và sau của xung vuông

Trong tkhoảng thời gian từ 0 tx Biên độ xung ra được tính theo biểu thức:

Ur(t) = E exp[- t ]

+trong khoảng thời gian lớn hơn tx

Ur(t) = E(exp[ - tx/] -1)exp(- [t – tx]/)

Do vậy độ rộng xung ra ứng với mức 0,05E có trị số xấp sỉ 3RC Vậy muốn thu hẹp độ rộng xung cần giảm hằng số thời gian của mạch

Trong trường hợp lí tưởng đầu ra của mạch vi phân phải là các xung có độrộng bằng 0 và biên độ bằng vô cùng Nhưng tại các thời điểm t 0 và t , Phổ

của ín hiệu vào c có giá trị rất lớn mà hằng số thời gian của mạch lại có giá trị hữu hạn Do vậy xung ra có biên độ lớn nhất cũng chỉ bằng xung vào.

Hình 3.2 Mạch vi phân đơn giản

+ Diễn giải nguyên lí hoạt động của mạch

Hình 3.3 Dạng sóng mô phỏng của mạch vi phân.

Nếu cấp xung vuông có độ rông tx vào đầu vào của mạch Tại thời điểmsườn lên của xung vuông tụ được nạp Dòng nạp có hướng từ đầu vào qua bảncực dương , bản cực âm của tụ điện ,qua điện trở về đất Bởi vậy điện áp ra cógiá trị dương Coi thời điểm này là t0 dòng nạp có giá trị lớn nhất Do trở khángtrên tụ lúc này là nhỏ nhất Gọi thời điểm tụ bắt đầu được nạp là t0 ,trongkhoảng thời gian từ t0 đến tx điện tích trên tụ tăng dần và trở kháng của tụ giảmdần làm dòng nạp cũng giảm dần Khi tụ nạp đầy trở kháng của tụ là vô cùnglớn Dòng nạp giảm xuống bằng không Hằng số RC được chọn sao cho tụ nạpđầy trước khi kết thúc một xung vào,

Tại thời điểm không có xung vào tụ bắt đầu phóng điện Dòng phóng cóchiều từ bản cực dương qua nguồn tín hiệu , qua điện trở R về bản cực âm của tụtạo thành điện áp âm ở đầu ra Điện áp ở đầu ra là sụt áp trên trở có chiều hướng

từ đất lên Tại thời điểm bắt đầu phóng điện áp trên tụ là lớn nhất nên dòngphóng là lớn nhất ,theo thời gian điện áp trên tụ giảm dần làm dòng phóng giảmxuống Làm cho sụt áp trên trở giảm dần về không Do vậy điện áp âm ở đầu ratăng dần nên không

Hằng số thời gian của mạch:

=R.C =10000.0,01.10^-6 = 0.0001 =0.1 ms

Quy trình thực nghiệm và kết quả đo đạc được từ thực tế

+ Kết nối nguồn tín hiệu từ nguồn xung 1khz , tới đầu vào mạch vi phânbằng dây cắm Đầu vào và đầu ra của mạch vi phân được kết nối tới 2 kênh Ch1

và Ch2 của oxilocope OS5030

Hình 3.4 Sơ đồ kết nối mạch vi phân trên module

Kết quả thu được :

Hình 3.5 Dạng sóng đầu ra của mạch vi phân

Điện áp đầu ra đo được Vout = 1,7 ô 5V =8,5 V

Chu kì của tín hiệu ra T=5 0,2ms =1ms

Hình 3.6 Sơ đồ kết nối mạch sau khi thay tụ 100pF và trở 1 k

Kết quả thu được 1 dãy xung có độ rộng nhỏ ở đầu ra