Vi mạch và ứng dụng

để thực hiện quá trình so sánh đầu và thực hiện giao động ,chúng ta thấy , sử dụng biến trở nhằm điều chỉnh điện áp không nhất thiết phải là 1/3 hay 2/3 có thể chênh nhau không sao .vì t

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CƠ SỞ LÝ THUYẾT

TRONG MẠCH NGUYÊN LÝ 1.1 Khối tạo xung vuông IC- 555

- IC 555 là một Ic tạo xung rất đa năng , về cấu tạo nó gồm có 2 con khuếch đại thuật toán cộng với 1 bộ fiflop

-Trong thức tế IC 555 Có nhiều loại nhưng chúng ta thường dùng loại NE 555

- Nó là một loại IC tạo xung với các mức tần số khác nhau nhưng về cơ bản nó tường tạo ra xung vuông

- Chân số 8 là chân dùng để đưa nguồn Vcc vào , Vcc này dòng 1 chiều và chúng

ta có thể dùng nó ở mức 9 v hoặc 5 v hoặc 12v ở đây chúng ta dùng v, qua nhiều giai đoạn cường độ 5 vôn này sẽ giảm dần còn khoản 3v khi vào đến led của seg 7 vạch => rất phùp hợp

- Chân số 1 nối đất ,chúng ta cho qua một con R nhằm hạn dòng điện về đất

- Chân số 5 mặc định là nối với 1 tụ thường cỡ 0.1 u F và đưa về đất (vì khi tạo xung ứng dụng vốn có của nó không sử dụng đến )

- Chân số 3 là chân ra

- Chân số 6 và chân số 2 là 2 chân đầu vào , (ngõ vào của một tầng so sánh điện áp với mức áp tương ứng là Vcc/3và 2*Vcc/3) vì thế chúng ta mới nối nó với 1 điện trở và một biến trở ,2 linh kiện này sẽ chia Vcc đầu vào làm 3 phần để thực hiện quá trình so sánh đầu và thực hiện giao động ,chúng ta thấy , sử dụng biến trở nhằm điều chỉnh điện áp không nhất thiết phải là 1/3 hay 2/3 có thể chênh nhau không sao vì thế chúng thấy xung tạo ra là xung nhưng không hẳn là dạng vuông ,tức là thời gian tồn tại của xung lên không nhất thiết bằng thời gian tồn tại của xung suống biến trở giúp ta thực hiện việc này

- Chân 4 là chân reset, chân 7 là khoá điện nhằm điều khiển lên xuống của xung là đảm bảo

• Nguyên lý hoạt động chi tiết quá trình tạo xung của 555 chúng ta có thể xem lại trong tài liệu mạch tao xung sử dụng Ic 555,trên mạng rất nhiều Về cơ bản chúng

ta hiểu cứ thiết kế mạch như trên ,là chúng ta sẽ có 1 xung đầu ra ,còn việc nó thế nào là do chúng ta quyết định

• Tất nhiên sự quyết định đó là do chúng ta , chúng ta cần sử dụng đến công thức tính tần số cho mạch dạo động

• Tần số được tính bằng nghịch đảo của chu kỳ ,ta có công thức tính chu kỳ như sau :

T = 0.693+(RV1+2*R1)*C2

C2 là tụ nối với chân số 5.

R2 là chân giữa chân 7 và chân

R1 là biến trở

- Việc tính toán chu kỳ hợp lý sẽ cho ta được 1 xung vuông như ý

-Vậy đến đây chúng ta hiểu là tại chân số 3 của NE 555 là tạo ra một xung dạng vuông

-Đèn Led đấu song song với chân số 3 của 555 nó sẽ nhấp nháy lên dùng để báo hiệu

-Vôn kế dùng để đo giá trị điến áp tại đầu ra của 555 (có thể không cần hoặc chỉ cần như một thao tác tức thời )

1.2 IC đếm 74LS190

Đây là IC đếm thập giai đồng bộ,có khả năng đếm lên hoặc xuống, có một ngõ vào ENABLE tác động ở mức thấp Có một chân U/ D Ngõ RC ( Ripple cary hay Ripple clock) bình thường ở cao và xuống thấp khi số đếm đạt đến giá trị Max hay Min và đồng hồ CK ở thấp

Ngoài ra, IC này còn có 4 chân để load dữ liệu trước khi đếm và 4 chân đưa dữ liệu ra ngoài.

Dưới đây là sơ đồ của 74190:

Bảng chi tiết từng chân:

Ở đây, do yêu cầu của chúng ta là cần phải cho mạch đếm trong khoảng 0 đến

125, nhưng mỗi IC 74190 chỉ có thể đếm trong khoảng 0- 9 nên ta phải ghép chồng 3 IC 74190 lại với nhau Một IC sẽ đảm nhận vai trò đếm hàng đơn vị, một sẽ đếm hàng chục và một đếm hàng trăm

Để đảm bảo yêu cầu này, ta lợi dụng ngõ ra RC của IC này nối đến ngõ của IC kia Mỗi IC đếm đồng bộ, nhưng cả khối 3 IC đếm không đồng bộ vì xung đồng hồ đếm sóng từ IC này qua IC khác

1.3 Khối giải mã – IC 4511

IC 4511 là một IC giải mã led 7 đoạn nghĩa là IC4511 sẽ chuyển từ trạng thái logic sang hiển thị số thập phân trên led 7 đoạn(loại cathod chung)

IC 4511 có 16 chân chức năng từng chân như sau:

- Các chân 7,6,2,1 là các chân đưa trạng thái logic cần chuyển sang dạng nhị phân

từ 0 đến 9 trên led 7 đoạn

- Các chân từ 9 đến 15(theo thứ tự tương ứng với các đoạn trên led 7 đoan

e,d,c,b,a,g,f) là các chân ngỏ ra nối với led 7 đoạn

- Chân 16 nối với cực dương nguồn, chân 8 nối với mass.

- Chân 3 là chân khi ta khi ta kích vào đây mức logic 0 thì tất cả ngỏ ra đều ở mức

logic 1(bất chấp mức logic của các ngỏ vào còn lại) chân này có tác dụng kiểm tra led 7 đoạn có bị hỏng hay không

- Chân 4 có tác dụng ngược lại chân 3.

- Chân 5 điều khiển tế bào nhớ 4 bit trong IC4511 nếu chân này ở mức logic 0 thì

IC hoạt động bình thường, khi ở mức logic 1 thì mức logic ở các ngỏ ra giữ nguyên trạng thái cho đến khi mức logic trở lại trạng thái 0 thì đầu ra lại tiếp tục hoạt

động (nếu hiểu sâu sa thì chúng ta hiểukhi IC hoạt động thì dữ liệu tại đầu ra sẽ luân phiên nhau được nhớ trong tế bào 4 bít ,vậykhi chân số 5 này ở mức 0 giả sự gọi là đóng cửa thì IC hoạt động bình thường khôngvấn đề gì ,nhưng khi nó = 1 tức

là mở cửa thì dữ liệu trong tế bào nhớ trào ra và đẩy liên tục vào cửa ra nên giữ tại đầu ra một mức dữ liệu cố định ).- Trong sơ đồ mạch chúng ta nối nó với đất - Chân số 3 nếu =0 thì tất cả đầu ra sẽ là mức logic 1.(dùng kiểm tra led 7 đoạn ,bất chấpđầu vào là thế nào )- Chân số 4 thì có tác dụng ngược lại chân số 3

Bảng chân lý :

1.3 Khối hiển thị

Led 7 đoạn có cấu tạo bao gồm 7 led đơn có dạng thanh xếp theo hình và có thêm một led đơn hình tròn nhỏ thể hiện dấu chấm tròn ở góc dưới, bên phải của led 7 đoạn 8 led đơn trên led 7 đoạn có Anode(cực +) hoặc Cathode(cực -) được nối chung với nhau vào một điểm, được đưa chân ra ngoài để kết nối với mạch điện 8 cực còn lại trên mỗi led đơn được đưa thành 8 chân riêng, cũng được đưa ra ngoài để kết nối với mạch điện Nếu led 7 đoạn có Anode(cực +) chung, đầu chung này được nối với +Vcc, các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 0 Nếu led 7 đoạn

có Cathode(cực -) chung, đầu chung này được nối xuống Ground (hay Mass), các chân còn lại dùng để điều khiển trạng thái sáng tắt của các led đơn, led chỉ sáng khi tín hiệu đặt vào các chân này ở mức 1

Vì led 7 đoạn chứa bên trong nó các led đơn, do đó khi kết nối cần đảm bảo dòng qua mỗi led đơn trong khoảng 10mA-20mA để bảo vệ led Nếu kết nối với nguồn 5V có thể hạn dòng bằng điện trở 330Ω trước các chân nhận tín hiệu điều khiển.

Sơ đồ vị trí các led được trình bày như hình dưới:

Các điện trở 330Ω là các điện trở bên ngoài được kết nối để giới hạn dòng điện qua led nếu led 7 đoạn được nối với nguồn 5V Nhưng ở đây ta không cần điện trở 330Ω vì qua nhiều khâu thì điện áp đến led 7 vạch chỉ còn 3V, rất phù hợp cho led

Trong đó A, B là các tham số đầu vào, Y là đầu ra của cổng AND

Một cổng AND thường có nhiều đầu vào, nhưng thông thường chỉ sử dụng từ 2 đến 10 đầu vào

Cổng AND 5 đầu vàoBảng chân lý của cổng

Khối công tắc dùng để chuyển mạch thực hiện yêu cầu của đề bài:

Về phần hoạt động sẽ trình bày ở chương sau

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÁC KHỐI THEO YấU CẦU CỦA ĐỀ BÀI

2.1 Tớnh toỏn và chọn linh kiện cho bộ nguồn

Khối nguồn cung cấp ở đây đợc sử dụng là nguồn cung cấp 1 pha 220 V Đó là nguồn động lực chính cấp cho nguồn và cho mạch điều khiển đợc lấy thông qua biến

• Nguyên lý làm việc:

Nguồn cung cấp là 220V đợc chia làm 2 đờng đa vào mạch giao tiếp vì đây là nguồn xoay chiều 220V đợc chia vào thẳng nên ta ding cầu chì trớc khi đa vào giao tiếp để tránh trờng hợp chập tảI

Một đờng đợc đa qua biến áp, tại biến áp 1 chiều có trị số thích hợp với các mạch thích hợp với tải

Từ sơ đồ khối của mạch nguồn ta có sơ đồ mạch điện cụ thể biến đổi điện áp AC thành DC

2.1.1 Mạch điệna) Sơ đồ:

Biến áp TR : Biến áp AC 220V đầu ra AC 9V

CL1 : Là cầu chỉnh lu biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều

Kết hợp với tụ C lọc nguồn sẽ tạo điện áp 1 chiều đối xứng

IC7805 là IC biến điện áp 1 chiều xuống 5V để cung cấp cho mạch điện

b) Nguyên lý làm việc

AC 220v

AC 220v

Khi có nguồn AC đi vào cuộn dây sơ cấp của TR tạo ra từ thông biến thiên trong lõi thép, từ thông này làm cho quận dây thứ cấp của TR xuất hiện một sức điện

động cảm ứng

Biến áp này đợc thiết kế với điểm trung bình và đầu ra 9V đối xứng

Điện áp AC 9V đối xứng sau chỉnh lu đợc đa đến cầu chỉnh lu sau đó đợc lọc bởi tụ C đầu ra có điện áp DC

Quá trình chỉnh lu diễn ra nh sau:

+ Giả sử ở nửa chu ký đầu thứ cấp biến áp TR có điện áp dơng trên , âm dới làm D1 và D3 dẫn, D2 và D4 khoá, có dòng qua tải:

Bên vào gọi là cuộn sơ cấp.

Bên ra gọi là cuộn thứ cấp

điểm là không bị giật Do đó hệ số dẫn từ của lõi thép lớn hơn nhiều hệ số dẫn từ của vật liệu phi từ tính nên có thể xem từ thông qua cuộn sơ cấp và thứ cấp là bằng nhau

Cấu tạo máy biến áp :

+ Lõi sắt

+ Dây cuốn

= 2

1

I I

= 0.08 (A)

Vì vậy đây là biến áp giảm áp nên dòng điện giảm IC:

IC = I2 – I1 = 2 – 0.08 = 1.92 (A).Công suất ra:

= 0.8

18

= 22.5 (W).Trong đó lấy KP = 0.8 là hệ số của máy biến áp

Đờng kính dây:

d1 = 0.8 1

I

= 0.8 0.08 = 0.23(mm).ADCT: SHH = a.b

Ta chọn: a = 2 (cm)

S = 6 (cm2)

n2 = U2.n = 9 x 6.67 = 60 (vßng).

VËy m¸y biÕn ¸p cã SHH = 6

S¬ cÊp cã: 1468 cßng, d1 = 0.23(mm)

Thø cÊp cã : 60 vßng, d2 = 1.13(mm)

B Mạch chỉnh lu.

1 Mạch chỉnh lu 1/2 chu kỳ

a) Sơ đồ:

Giản đồ thời gian:

b) Tác dụng linh kiện:

Tr1 : Biến áp nguồn biến đổi điện áp xoay chiều của lời điện thành điện áp xoay chiều phù hợp với tải, ngăn mạch chỉnh lu với điện lới xoay chiều

Diode D : Làm nhiệm vụ với chỉnh lu cầu khi chọn cần chú ý đến dòng lớn nhất qua tải và điện áp ngợc lớn nhất đặt lên diode

Rt : Điện trở tải

c) Nguyên lý làm việc:

Điện áp thứ cấp biến áp : U2 = U2sinwt đối với tải thuần trở

+) 1/2 chu kỳ đầu U2 có chiều âm dơng trên, âm dới:

D đợc phân cực thuận  D dẫn  dòng It qua Rt.Dòng It : +U2  D  Rt  -U2.

+)1/2 chu kỳ sau U2 có chiều dơng dới, âm trên.:

b) Tác dụng linh kiện

Tr :Biến áp biến đổi điện áp xoay chiều của lới điện áp thành điện

áp xoay chiều phù hợp với tải, ngăn mạch chỉnh lu với lới điện xoay chiều

Diode D: làm việc nhiệm vụ với chỉnh lu khi chọn cần chú ý đến dòng ding mạch chỉnh lu 4 diode D1, D2, D3, D4

Rt : Điện trở tải

Giản đồ thời gian:

c) Nguyên lý làm việc :

ở 1/2 chu kỳ đầu : U2 có chiều âm trên dơng dới

D1, D3 dẫn D2, D4 khoá ⇒có dòng qua tải :

+U2  D2  Rt  D4  -U2

Tinh toán phần Diode :

Do dòng điện qua It ta chọn I = 2A

Nên dòng điện qua Diode Zener phải lớn hơn vậy Diode Zener phải lớn hơn I

Vì vậy chọn Diode phải chọn dòng lớn hơn 2A

Khi nắn : UAC = 9V qua bộ cầu ta đợc :

dßng ®iÖn qua t¶i b»ng ph¼ng h¬n.

AC220v

AC 220V

Mặt khác các thành phần hài bậc cao khi qua L sụt áp trên

b Đặc điểm:

Có thể kết hợp lọc bằng L , C tạo thành mạch lọc hình L ngợc ,hình ∏ làm cho chất lợng lọc càng cao

4.Mạch lọc tích cực

a Sơ đồ:

Rt

Nh vậy dòng qua tụ lọc đã giảm đi β

lần, tơng đơng với giá trị của tụ tăng

Do ®iÖn trë cña RD2 lµ rÊt nhá kho¶ng ( 10 ÷

Việc ổn định điện áp xoay chiều bằng các bộ ổn áp coay chiều hạn chế nhất là khi

điện áp lới thay đổi nhiều Hiện nay dùng phổ biến các điện áp 1 chiều bằng phơng pháp : ổn áp tham số, ổn áp bù tuyến tính, ổn áp xung …

1 ổn áp tham số

It

UV

b Tác dụng linh kiện

R1 : Điện trở hạn chế dòng qua diode

D1 : Diode zener, phân cực ngợc làm việc ở chế độ đánh thủng do điện Khi xảy ra

đánh thủng do điện dòng qua diode tăng nhanh dẫn đến điện áp trên hai đầu diode không đổi

c Nguyên lý làm việc

Ta có : U1 = UV – UR1

Khi điện áp UV tăng điện áp U1 có xu hớng tăng nhng lúc đó dòng qua diode tăng làm cho điện áp UR1 tăng kết quả U1 ổn định Do vậy điện áp cấp cho tải ổn định.Khi UV giảm quá trình xảy ra ngợc lại

Nh vậy khi điện áp vào biến đổi làm cho dòng điện qua diode biển đổi và điện áp hai

đầu diode ổn định Toàn bộ sự tăng giảm điện áp đợc rơi trên điện trở hạn chế RT

2 ổn áp bù tuyến tính

Đặc điểm :

Để nâng cao chất lợng điện áp cấp cho tải ngời ta thờng dùng ổn áp kiểu bù tuỳ theo yêu cầu :

Thờng có hai dang cấu trúc :

+ ổn áp bù nối tiêp: Là phần tử điều chỉnh nối tiếp với tải

+ ổn áp bù song song: Là phần tử điều chỉnh song song với tải

Mạch ổn áp bù nối tiếp có độ ổn định cao hơn và có hiệu suất lớn hơn nên đợc dùng phổ biến trong thực tế

Mạch này thờng có : Khối lấy mẫu, khối tạo điện áp chuẩn, khối khuếch đại so sánh, phàn tử điều chỉnh

2 ổn áp bù tuyến tính dùng IC ổn áp

Để thu nhỏ kích thớc cũng nh chuẩn hoá các tham số của các bộ ổn áp 1 chiều kiểu

bù tuyến tính, ngời ta chế tạo dới dạng vi mạch

IC ổn áp có dòng ra khoảng 100 (mA) đến vài A thậm chí vài chục A, điện áp ra có thể cổ định hoặc điều chỉnh đợc, công suet tiêu tán vài W đến vài chục W Khi sử dụng phải tra cứu sổ tay để biết các tham số và sơ đồ cấu trúc và bố trí chân IC.Ngời ta thờng dùng ổn áp có điện áp ra cố định dùng 78XX, 79XX

Họ 78XX cho ra điện áp ổn định có mức tích cực dơng điện áp đợc chỉ thị bằng hai

Trong sơ đồ nguồn chọn kênh dùng mạch ổn áp IC sử dụng IC7805.

Điện áp vào có thể thay đổi từ (7 ữ

2.2 Tớnh toỏn và chọn linh kiện cho mạch tạo xung chủ

Sơ đồ cấu trỳc bờn trong của IC - 555

Chân 1 : Nguồn vào

Chân 2 : Nối mass

Chõn 3 : Nguồn ra

Bên trong vi mạch IC555 có hơn 20 TZT và nhiều điện trở thực hiện chức năng nh hình vẽ.

thì nối ra ngoài chân 2 Tuỳ thuộc vào điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc

mà OPAM (2) có điện áp ra mức cao hay thấp để làm tín hiệu S điều khiển FF

4 Mạch FF :

Là loại mạch lỡng ổn kích 1 bên Khi chân set có điện áp cao thì điện áp này

kích đổi trạng thái FF làm ngõ Q nên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ

set dang ở mức cao xuống thấp thì mạch FF không đổi trạng thái Khi chân

Reset(R) có điện áp cao thì điện áp này kích đổi trạng thái của FF làm ngõ ra Qnên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp Khi ngõ R đang ở mức cao xuống thấp thì mạch FF không đổi trạng thái

5.Mạch OUTPUT:

Là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dòng cầp cho tải Đây

là mạch khuếch đại đảo có ngõ vào là chân Q của FF nên khi Q ở mức cao thì ngõ

ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp và ngợc lại khi Q ở mức thấp thì ngõ ra chân

3 của IC sẽ có điện áp cao xấp xỉ Vcc

6.Transistor T1:

Có chân E nối vào một điện áp chuẩn khoảng 1.4 V và là loại TZT - PNP nên khi cức B nối ra ngoài bởi chân 4 có điện áp cao hơn 1,4 V thì T1 ngng dẫn nên không có ảnh hởng đến hoạt đông của mạch Khi chân 4 có điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hoà đồng thời làm mạch Output dẫn bão hoà, làm ngõ ra xuống thấp Nếu không cần chức năng R thì nối chân 4 nên dơng nguồn để tránh mạch bị R do nhiễu

Khi cÊp nguån :

T = tn¹p + tx¶.Mạch điều khiển start/stop và up/down được xử lý thông qua hoạt động của IC 74LS190.

Mạch giao tiếp với Led 7 vạch thông qua IC 4511

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ NGHUYÊN LÝ VÀ HOẠT ĐỘNG

3.1 Sơ đồ nguyên lý :

Sơ đồ tổng thể

Sơ đồ khối tạo xung

Sơ đồ khối hiển thị

Sơ đồ khối đếm và giải mã

Công tắc lựa chọn3.2 Nguyên lý hoạt động