GIÁO TRÌNH MẠCH RC VÀ CÁC PHẦN TỬ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG

• Trong thực tế, đáp ứng của mạch điện còn tuỳ thuộc thời gian, và thời gian trể đó thường có ý nghĩa quan trọng như sẽ xét đến sau đây.. • Thí dụ, xét mạch trể và sự quan trọng của thờ

GT ĐIỆN TỬ CƠ BẢN

MẠCH RC VÀ CÁC PHẦN TỬ

TÍCH TRỬ NĂNG LƯỢNG

8.1 Đại Cương

• Ở các chương trên, ta xét kết quả dáp ứng ngõ ra

theo tác động ngõ vào trong thời gian xảy ra nhanh vô hạn, hoặc xét trong chế độ tĩnh.

• Trong thực tế, đáp ứng của mạch điện còn tuỳ

thuộc thời gian, và thời gian trể đó thường có ý nghĩa quan trọng như sẽ xét đến sau đây.

• Thí dụ, xét mạch trể và sự quan trọng của thời gian

trong biểu thị đáp ứng của mạch gồm hai mạch ĐẢO (Inverter – Not) ở H 8.1 sau

• H.8.1

• Đáp ứng ngõ ra là đáp ứng lý tưởng, đáp ứng

trể có dạng như H 8.2

voB voA

vi

• Đáp ứng thực tế- Đáp ứng quan sát:

vi

voA Đáp ứng lý

tưởng ( mong muốn)

Đáp ưng quan sát

• Để giải thích tính chất thời gian của đáp ứnh mạch, ta phải

đưa thêm vào hai phần tử mới là tụ điện và cuộn cảm.

• Với MOSFET ta có điện dung liên cực C GS như điễn tả ởH 8.3

n

n

8.2 Tụ điện

• 1 Tụ điện

Trị số điện dung A

: hằng số điện môi tương đối

A tiết diện bảng kim loại ( m 2 )

d khoảng cách hai bảng cực(m) d

• Đặc tính của tụ điện

• Tụ điện là linh kiện tích trử năng lượng, là linh kiện nhớ ( memory device)

-

-Đ i ệ n m o i

E  Cv

• Cuộn dây có tính tích trử năng lượng điện, cuộn

dây là linh kiện nhớ.

• Chú ý: Tụ điện có tính nhớ theo điện thế

• Cuộn cảm có tính nhớ theo dòng điện

E  Li

8.4 Mạch RC

• Phân tích mạch RC sau ( H.8.5)

• Áp dụng KVL cho:

• 1 Nghiệm thuần nhất ( tự do)

• 2 Nghiệm xác lập ( cưỡng bức)

• Giải phương trình có vế sau:

• Có thể thay thế vc(t) và và giải tìm trị số của A, hoặc có thể lý luận ở chế độ xác lập (hay chế độ dừng) khi t  vô hạn hay dvc(t) / dt 0, nên cho:

,

c

c c

c c

pt t ctd

• Vậy nghiệm tổng cộng:

Xác định A:

Thay vào lại v c (t) được:

Xác định trị số dòng điện:

Điện thế qua điện trở R:

• Đáp ứng điện thế hai đầu tụ: v c (t)

t

t I

• Khi V I = 0

• Tụ xã, điện thế hai đầu tụ giảm dần từ V I ( trị tụ nạp đầy

dến 0 theo hàm mũ:

• Do đó , nếu ta tác động vào mạch RC một chuổi xung, đáp

8.5 Mạch RL

• Tương tự như phân tích mạch RC, ta có:

• Ta có nghiệm thuần nhứt (tự do):

vI iL(t) L

i(t) R

-+ vL

t Ltd

8.5 Truyền trể và mạch số

• Xét mạch logic gồm hai cổng đảo

• Ta có mạch tương đương 01 tại B:

• Giả sử v B (0) =0 khi t =0 và t > 0

• Áp dụng công thức điện thế hai

• đầu tụ C GS :

voB voA

vi

Vo2 +

Vs Vs

vo1

viB VI

=Vs

vI

vB CGS

• Tìm thời gian lên t r để v B = V OH

5 0,16

• Thời gian xuống t f khi 10

Mạch tương đương khi 1  0 tại B

• Do MOSFET dẫn, tụ xã ta có mạch:

• Thời gian trể t f khi v B giảm đến V OL cho:

Vs

+ RL

RON CGS vB

i(t)

+ RTH

• Thí dụ 2: Ảnh hưởng độ dài dây nối trong chip

VLSI

• Giả sử dây nối giữa hai cổng INVERTER đối nhau

và dài 1 cm Kết quả dây nối dài tạo nên tụ

điện và điện trở Thời gian trể RC này lớn thời gian trể RC của các Inverter nối nhau với dây

vc +

3 25 12,9

8.6 Trạng thái và nhớ

• Nhớ lại mạch RC cho:

v I v C

VI VI

vC=VI + ((v c (0)-V I )e -t/RC

vC(0)

t > 0 0 t t

• Lưu ý, điện thế tụ điện tại là độc lập với

dạng của điện thế vào trước t = 0 Thay vào đó, nó chỉ phụ thuộc vào điện thế tụ điện tại t = 0, và

điện thế vào ở

• Trạng thái là tóm tắt những ngõ vào xác đáng đã qua ( quá khứ) để dự đoán tương lai.

• Với:

• q = CV

• với tụ điện tuyến tính ,

• điện thế tụ điện V cũng là

biên trạng thái

• thực tế là biến trạng thái

• Trở lại biểu thức của mạch RC:

• Ta thường quan tâm đến đáp ứng mạch vơiù:

Trạng thái zero v C (0) = 0

Ngõ vào zero v I (t) = 0

8.7 Bộ nhớ số

• Trước tiên ta chứng tỏ khía cạnh của tụ điện C và

cuộn cảm L tạo nên bộ nhớ bằng cách dùng khái niệm trạng thái được dùng trong lãnh vực tương tự

• Đặc tính nhớ cũng được dùng trong lãnh vực số để

cấy vào bộ nhớ số bằng cách dùng khái niệm

tương tự trạng thái số.

• 1 Khái niệm trạng thái số

• Trị số lưu trử trong bộ nhớ đơn giản là biến trạng

thái số tương đương như trị số biến trạng thái tương tự trên tụ điện

M+

• 2 Tóm lược phần tử nhớ số

• dIN

• store

• dOUT

nhớ 1

• Nhớ ngõ vào khi store lên mức cao Giống như

camera ghi vào (dIN) khi người dùng ấn nút

mở màn trập Giá trị ghi được nhìn tại dOUT.

•

dIN

Store M

dout

3 Thiết kế phần tử nhớ

• A Mạch thử lần đầu

storage node dOUTdIN

C

=0 store

storage node dOUTdIN

OH L

dIN

CM

• Mạch thử lần hai

• Để cô lập tụ với với mạch đọc trị số nhớ, mạch

buffer thêm vào rất có lợi

• R IN >> R L ,

• Mạch tốt hơn, nhưng còn chưa hoàn hảo.

• Để tránh tụ bị rĩ ta mắc thêm R P :

buffer

=0

dOUT dIN

ln5

• C Mạch thử lần ba- Bộ nhớ tĩnh

• Để khắc phục sự rĩ của tụ, ta cùng hồi tiếp và

công tắc đảo storage

• buffer + refresh

• Khi ngõ ra phần tử nhớ lên mức 1, công tắc đóng

và cho một dòng điện tích nhỏ vào nút storage để bù sự rĩ của tụ Vì nó nạp điện vào nút nên công tắc này được gọi là công tắc nạp (trickle switch)

Điện trở ON của công tắc nạp lớn hơn điện trở

công tắc nhớ., để ngõ vào nạp có thể dễ dàng làm tăng năng suất bởi ngõ vào d IN

• Giá trị bên ngoài không ảnh hưởng đến nút nhớ.

• Bộ nhớ được gọi là phần tử nhớ tĩnh 1-bit hay

store dIN

* CM

• Sơ đồ: Bộ nhớ 4-bit(4-bit Memory

Sơ đồ RAM ( dung lượng C = 2m X2n)

Vài mạch logic tuần tự

• Mạch logic tuần tự là mạch không chỉ tuân

theo các địng luật đại số Boole, mà còn phải tuân theo trạng thái quá khứ (trước đó) của mạch  Tính nhớ( lưu trử trạng thái)

• Các mạch logic tuần tự thường gặp là: RS

flip-Flop, JK Flip-flip-Flop, T-Flip-flip-Flop, D – Flip Flop…

Mạch SR-FlipFlop và bảng trạng thái

Outputs Inputs

Q

0 1 0 0

Present state Reset

Set Disallowed

Giản đồ thời gian RS flip-flop

0 0 0 0 0 0 0 1 0

0 0 1 0 0 1 0 0 0

1 1 0 0 0 0 0 1 1

S

Q

Flip-flop

is set

RS flip-flop với các ngõ enable,

preset, và clear

Q

Q S

Timing diagram

CLK

Mạch chốt(Data latch) và giản đồ thời gian

Enable

D Q

D Q

3 K

5

R 4

QN 2

Q 1

Ký hiệu xung kích ( xung nảy)

• Nảy bằng mức cao của xung:

• Do có mắc các cổng ở ngõ vào như sau:

a.Nảy ở cạnh lên: b.Nảy bởi cạnh xuống

JK flip-flop : sơ đồ chức năng và

ký hiệu linh kiện

Bảng chân lý của JK flip-flop

0 1 0 1

JK-Flip Flop với Preset (hoặc S) và Clear (hoặc R)

3 K

5

R 4

QN 2 Q1

CK

J

6 CP

3 K

5

R 4

QN 2 Q1

R QN Q

S D

trong thiết kế các mạch đếm ( counter)

( xem lại chương 8 IC)

Sơ đồ chân các IC FlipFlop thường gặp

7476 J1

4 K1

Q1 15 Q1N 14

Q2 11 Q2N 10

4076 D3

Q0 3 Q1 4 Q2 5 Q3 6

Flip-Flop Types with State Tables

2 Mạch đếm ( counter) ký hiệu,bảng

trạng thái và giản đồ thời gian

3-bit binary counter

Functional representation of binary counter

Timing table

State Input pulses

0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

b0

b1

b2

b3

0 0 1 1 0 0 1

0 1 0 1 0 1 0

Mạch đếm không đồng bộ

• Dạng sóng mạch đếm

Mạch đếm nhị phân 3-bit và giản đồ trạng thái

1

Sơ đồ trạng thái mạch đếm lên - xuống 4 bit

00

01

10

11

Q1 Q0

Q2S

R Q

0

CLK CLR

Q2

Q3

Clock

• IC đếm thường gặp

• Đếm 10 Đếm 12 Đếm 16

74LS93 MR1

2 MR2

3 CP0

14

CP1 1

Q311 Q28 Q19 Q012

74LS92 MR1

6 MR2

7 CP0

14

CP1 1

Q38 Q29 Q111 Q012

7490 MS1

3.Mạch ghi dịch song song 4 – bit bit parallel register )

Mạch ghi dịch 4-bit (Four-bit shift

• IC Ghi dịch thông dụng

vào song song-ra nối tiếp Phổ dụng

74194 CP

2 DSL

7 MR 1

D3 6 D2 5 D1 4 D0 3 Q3 12 Q2 13 Q1 14 Q0 15

Sơ đồ RAM dùng MOS

CS WE

4505 A5

3 A1

2 A0

1 ST

5 CE1

6 CE2

8 R/W 9

DOUT 10 DIN 13

DRAM ( Dynamic RAM-Dynamic MOS cell)

• Khác với SRAM ( Static RAM) gồm 1 tế bào nhớ là FlipFlop MOS.

• DRAM 1 tế bào nhớ là 1 tụ MOS , khi nạp đầy là mức cao, khi xã hết là ở mức thấp Word line

D

C T

7.Cấu trúc 1 hệ thống nhận và điều khiển

User

Sensor signals

To displays

To actuators

Signal interface

Signal interface

links

Other computers and instrumentation

systems

Microcomputer

Cấu trúc bên trong DRAM

• Sơ đồ DRAM Row decoders

RAS,CAS clock generator

CAS column clock

RAS Row clock signal

Memory array

Sense Amp.

Memory array

Column decoder Write

timing

Cách đọc tên ghi trên IC

• Mã số IC (2) loại linh kiện

(4) loại vỏ

(3) Dãi nhiệt độ (1)

Tên hãng

(7) Chử tắt (6)Tuần lễ của năm

uA 741 C N

F 95 16 1

9

2 3 4

8 13

14

7 6

5

TL,TIL,SN Texas Intruments;

LM-National Semiconductor Corp.

MC, MOC - Motorola

ICM – Intersil

BB – BurrBrown

NE, SE Signetics

(2) Chức năng linh kiện:

M ( Militaty -quân đội) : từ - 55 đến +

(4) Loại vỏ:

D plastic dual-in-line package ( DIL,

DIP)

FH, FK ceramic chip carrier

FN plastic chip carrier