Tài liệu học phần kỹ thuật xung số chương 2

Mục tiêu của chương: đa hài lý hoạt động của các mạch dao động đa hài: + Mạch dùng BJT + Mạch dùng OP-AMP + Mạch dùng IC555 một số mạch dao động tạo xung trên thực tế... KHÁI NIỆM CH

KỸ THUẬT XUNG SỐ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TS NGUYỄN LINH NAM

Chương 2:

DAO ĐỘNG ĐA HÀI

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

2.2 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG TRANSISTOR

2.3 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG OP-AMP

2.4 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG IC555

Mục tiêu của chương:

đa hài

lý hoạt động của các mạch dao động đa hài:

+ Mạch dùng BJT + Mạch dùng OP-AMP + Mạch dùng IC555

một số mạch dao động tạo xung trên thực

tế

KHÁI NIỆM CHUNG:

Dao động đa hài dùng để chỉ những mạch tạo ra tín hiệu có dạng xung vuông

IC555

Theo chế độ hoạt động :

mạch hai trạng thái bền (bistable) mạch một trạng thái bền (monostable) mạch không trạng thái bền (astable)

Trạng thái bền là trạng thái làm việc ổn định của mạch và chỉ thay đổi trạng thái khi có

xung kích khởi Ngược lại, trạng thái không bền là trạng thái tạm thời, tồn tại trong

thời gian ngắn và sẽ tự động chuyển đổi sang trạng thái khác

MẠCH HAI TRẠNG THÁI BỀN (BISTABLE)

Trong đó mạch ổn định ở cả hai trạng thái Nó không thể

tự chuyển đổi trạng thái, mà chỉ có thể lật từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng xung kích hoạt bên ngoài

Mạch này còn được gọi là flip-flop Nó được dùng cho lưu trữ một bit thông tin, và được sử dụng rộng rãi trong

kỹ thuật logic số và bộ nhớ máy tính

MẠCH MỘT TRẠNG THÁI BỀN (MONOSTABLE)

Mạch có một trạng thái bền vững và một trạng thái không bền

Mạch tồn tại ở trạng thái bền, khi có xung kích khởi mạch chuyển sang trạng thái không bền và sau một khoảng thời gian nhất định, mạch tự động trở về trạng thái bền ban đầu Thời gian tồn tại ở trạng thái không bền không phụ thuộc vào độ rộng xung kích khởi

mà phụ thuộc vào trị số các linh kiện trong mạch

Các mạch monostable thường được ứng dụng làm mạch tạo dạng

xung, làm mạch định thời

MẠCH KHÔNG TRẠNG THÁI BỀN (ASTABLE)

Mạch thường được gọi là mạch dao động đa hài dùng để tạo xung vuông với độ rộng xung và tần số cho trước Mạch có hai trạng thái không bền, trong quá trình hoạt động nó luôn tự chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác mà không cần có xung kích khởi từ bên ngoài

MẠCH HAI TRẠNG THÁI BỀN (BISTABLE)

+ C1

C2

v

Mạch dùng BJT

trạng thái không bền: Q1 bão hòa, Q2 tắt

Tụ C nạp: từ nguồn V cc qua Rb2 và Q1 đang dẫn với thời hằng bằng τ=CRb2 Nếu xác lập:

→Q1 tắt

Mạch đã chuyển sang trạng thái bền: Q1 tắt,

Q2 bão hòa→C lại nạp bổ xung từ nguồn V cc

qua Rc1 và Q2 dẫn với thời hằng τ=CRc1

Tính độ dài xung ra T0:

Thời gian T0 chính là thời gian mạch tồn tại ở trạng thái không bền ứng với BJT Q1bão hòa, Q2 tắt và tụ C nạp xã từ nguồn V cc qua Rb2 và Q1 đang dẫn và giá trị biên độ biến thiên

Phương trình xã của tụ như sau:

Mạch sang trạng thái mới: Q1 bão hòa và Q2 tắt (TTKB2)

Q2 duy trì Q2 bão hòa

Q1 bão hòa và Q2 tắt (TTKB2)

Mạch sang trạng thái: Q1 tắt và Q2 bão hòa (TTKB1)

Tính chu kỳ dao động T0:

T1 là khoảng thời gian Q1 đang dẫn

T2 là khoảng thời gian Q2 đang dẫn

Mạch đảo điện DC sang AC (Inverter)

+ -

Khi tác động một xung vi âm

0

v- <

v+=vC=E bão hòa dương: v0=+E

Sự đột biến điện áp ở ngõ ra qua tụ C truyền đến ngõ vào thuận làm điện áp này tăng đột biến lên mức

2E>V→duy trì bão hòa dương

→trạng thái không bền

2E

trạng thái không bền

Nhưng sau khi mạch đổi trạng thái, tụ C bắt đầu xã qua R với thời hằng τ=RC

→v+ sẽ càng giảm

Khi v+ giảm đến giá trị V

v+ < v- →bão hòa âm: v0=-E →trạng thái bền

Sự giảm đột biến của điện thế ngõ ra thông qua tụ C làm điện thế ngõ vào thuận trở

nên âm, khi đó Diode dẫn giúp tụ C nhanh chóng nạp phục hồi

+ -

T = t

0

2 ln V

E

T = RC

Mạch dùng OP-AMP

Giả thiết mạch đang ở trạng thái không bền 1 với v0=+E

Tụ C nạp điện E→R và vC→E

vC→

v+ < v- →bão hòa âm: v0=-E →trạng thái không bền 2

MẠCH KHÔNG TRẠNG THÁI BỀN (ASSTABLE)

trạng thái không bền 2 với v0=-E

Tụ C xã điện -E→R và vC→-E

vC→



  v v

Chú ý: để tạo dãy xung vuông có độ rộng phần xung dương và độ rộng phần xung âm khác nhau, người ta phải tạo mạch nạp cho tụ C theo chiều dương

và chiều âm riêng biệt như sơ đồ mạch:

TẠO DAO ĐỘNG BẰNG VI MẠCH ĐỊNH THỜI (IC555)

Vi mạch có khả năng định thời từ vài micro giây tới giờ

Mạch monostable

Ở trạng thái bền:

Flip Flop → 1 và v0=VL Transistor: bão hòa → chân 7: có điện thế gần bằng không (nối mass) Điện áp rơi trên C:

Flip Flop → 0 và v0=VH Transistor: tắt → chân 7: bị cách li

Tụ C xã điện qua R’ và chân 7 cho đến khi vC=0

→trạng thái không bền

→trạng thái bền

Thời gian tụ C nạp điện chính là khoảng thời gian để xác định độ rộng xung ra

T0 Quy luật biến đổi điện áp vC(t) khi mạch ở trạng thái không bền:

Khi t=T0 ta có vC(T0)=2/3Vcc Vậy:

Tụ C nạp điện: V cc → R1 và R2

vC → >2/3Vcc bộ so sánh 2 tác động

Flip Flop → 1 và v0=VLTransistor bão hòa: chân 7 có điện thế bằng không (nối mass)

+

-

→trạng thái không bền 2

Trạng thái không bền 2

Flip Flop → 1 và v0=VL

Transistor bão hòa: chân 7 có điện thế bằng không (nối mass)

Tụ C lại xã điện tích qua trở R2 và chân 7

vC → <1/3V cc thì bộ so sánh 1 tác động

Flip Flop → 0 và v0=VHTransistor tắt: chân 7 bị cách li

Tụ C nạp điện: Vcc → R1 và R2

→trạng thái không bền 1

Quá trình trên tiếp tục lặp lại và tạo thành dãy xung vuông ở ngõ ra

Thời gian C nạp trong một chu kỳ:

Mạch điều khiển tốc độ động cơ dùng IC555

Q QN

V1+12V

Q12SC828

Q22SC828

C1

R11.5k

Bài tập 2: Cho mạch dao động đa hài sử dụng BJT, giả sử biến trở VR1 tuyến tính Hãy tính chu kỳ dao động và vẽ dạng xung các cực C của Q1

và của Q2 trong các trường hợp:

a Biến trở VR1 đặt chính giữa

b Biến trở VR1 chỉnh lệch về phía điểm A(VR1_A= 20%)

c Biến trở VR1 chỉnh lệch về phía điểm B(VR1_A= 80%)

d So sánh và cho nhận xét kết quả trong 3 trường hợp trên

O ut

+9V

-9V + MC4741 10k

1.Tính chu kỳ dao động T0?

2.Vẽ tín hiệu ở ngõ ra Out và trên tụ C1

Bài tập 3: Thiết kế mạch dao động tạo xung dùng BJT với yêu cầu sau: tần số 200Hz, độ rộng xung T1 = 3T2 Trong đó T1, T2 lần lược là

thời gian tồn tại xung(xung ở mức cao) và thời gian rỗng xung (xung

Bài tập về nhà 4: Cho sơ đồ mạch ứng dụng:

a Giải thích chức năng của biến trở R1 và công tắc S1

b Tính tần số dao động, vẽ dạng xung ngõ ra chân 3 (IC555) trong hai trường hợp biến trở R1 chỉnh hết về phía trái và phía phải

c Trình bày hoạt động và ứng dụng của mạch