Tài liệu Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM, chương 14 pdf

CHƯƠNG 14: BỘ THÚC CÔNG SUẤT I. GIỚI THIỆU BỘ THÚC CÔNG SUẤT: Để bảng đèn hiển thò được rõ ràng một câu văn bản, một hình ảnh, một ký hiệu… thì bắt buộc các LED trong bảng phải sáng đủ mạnh, việc này được thực hiện một cách dễ dàng khi dùng các Transistor hoạt động ở lớp D (chế độ Switching, tắt- bão hòa, đóng -cắt). Ngoài ra, ta cũng có thể dùng các IC chuyên dùng để thúc công suất như:7416, 7417… (thuộc họ TTL) hoặc 4049, 4050…( họ CMOS). Các IC này ngày nay đã được chế tạo với dòng ngõ ra có thể lên đến hàng chục mA (có thể lên đến 50 mA), bảo đảm kéo nổi hầu hết các tải trong các mạch điện tử số. Tuy nhiên, nếu dùng các IC để thúc công suất thì ta sẽ có dòng ngõ ra cố đònh, khi muốn dùng tải có công suất lớn hơn thì ta khó sửa đổi lại mạch thúc công suất được. Và một điều nữa là theo tính toán, dòng điện ở một cột LED có thể lên đến gần 100mA, giá trò này cao hơn nhiều so với dòng ngõ ra cực đại của các IC thúc nên ở mạch điện thuộc đồ án này thì không thể dùng các IC để thúc trực tiếp tải được. Còn nhiều cách khác nữa để thúc tải như dùng SCR, triac, op-to, Solid State Relay… Các cách này thường được dùng cho các tải có công suất lớn như các bảng đèn ở quảng trường. Do tải ở đây là bảng đèn có công suất không lớn lắm nên ta chỉ cần dùng các Transistor công suất trung bình là đủ để thúc sáng nó. Bảng đèn cần được thúc bởi hai bộ thúc hàng và cột khác nhau mới sáng được nên ở đây cũng đưa ra hai bộ thúc hàng và thúc cột dùng Transistor. 1. Bộ thúc công suất hàng dùng Transistor: Dữ liệu từ ngõ ra EPROM muốn hiển thò được thì phải ở mức logic [1] (do đề tài này quy đònh), sau khi qua cổng đệm 7404 sẽ bò đảo lại thành mức logic[0]. Với mức logic này, để bộ thúc công suất hoạt động (Transistor dẫn bão hòa) thì phải dùng Transistor loại pnp, mạch được ráp như sau: Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi cực B của Transistor ở mức logic[0] thì mối nối BE được phân cực thuận làm Transistor dẫn, lúc này áp rơi trên CE sẽ giảm (điện áp trên chân C là V C sẽ tăng về hướng V CC ) làm BC cũng được phân cực thuận luôn. Do BE, BC đều phân cực thuận nên Transistor sẽ dẫn bão hòa và có dòng đủ mạnh để cung cấp cho LED. Khi dữ liệu ở ngõ ra của EPROM ở mức logic[0] (không hiển thò trên bảng đèn) thì sau khi qua cổng NOT (7404), dữ liệu này sẽ được chuyển thành mức logic[1] làm BE, BC không được phân cực thuận nữa nên Transistor sẽ tắt, ngưng cung cấp dòng cho LED. Như vậy Transistor sẽ dẫn bão hòa khi dữ liệu ở ngõ ra EPROM ở mức logic[1], tắt khi dữ liệu này ở mức logic[0]. 2. Bộ thúc công suất cột: Do bộ quét cột đưa tín hiệu điều khiển cho phép ở mức logic[0], sau khi qua bộ đệm 7404 sẽ trở thành mức logic[1], vì vậy Transistor loại npn được sử dụng để làm bộ thúc công suất cột, mạch được ráp như sau: VCC pnp 7404 R B R C Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi tín hiệu cho phép gởi đến (ở mức logic[0]), qua IC 7404 sẽ trở thành mức logic[1], phân cực thuận BE của Transistor làm Transistor này dẫn. Lúc này, tương tự trường hợp trên, áp rơi trên CE giảm làm BC cũng được phân cực thuận nên Transistor sẽ chuyển đến trạng thái dẫn bão hòa, cung cấp dòng cho LED. Khi tín hiệu cho phép ở mức logic[1], BE sẽ không được phân cực thuận nữa làm Transistor tắt, ngưng cấp dòng cho LED. Trong đồ án, mạch thúc công suất ngang và dọc được kết nối lại với nhau như sau: Giải thích nguyên lý hoạt động: theo hình trên, LED chỉ được phép sáng khi cà hai Transistor cùng dẫn. Để thỏa mãn yêu cầu này thì dữ liệu từ EPROM gởi ra phải ở mức logic[1], đồng thời tín hiệu từ bộ quét cột cũng phải ở mức logic[0]. Lúc npn 7404 R B VCC npn 7404 pnp 7404 R B R B R C này, dựa vào hai cách lý giải ở trên cho bộ thúc công suất hàng và cột, cả hai Transistor đều dẫn bão hòa nên có dòng cung cấp cho LED. II. TÍNH TOÁN CHO BỘ THÚC CÔNG SUẤT: IC 7404 có áp ngõ ra ở mức cao  2,7V (chọn = 5V). Do mạch quét cột gồm 32 cột, tại mỗi thời điểm chỉ có một cột được phép hiển thò nên thời gian hoạt động của mỗi cột chỉ chiếm 1/3  33% thời gian quét hết 32 cột. Do đó dòng điện trung bình qua mỗi LED cũng chỉ chiếm cỡ 33% so với dòng điện tức thời qua nó. Chọn dòng điện trung bình qua LED là I tb = 10 mA khi đó dòng điện tức thời qua nó là: I tt = = 333 mA = I cbh chọn  bh = 25 (chung cho T 1 và T 2 ) Điều kiện để Transistor bão hòa:  bh *I B  I cbh  I BH = I BC  = = 13,3 mA VCC T2 7404 T1 7404 R BH R BC R E 0V 4V  bh I cbh 25 333 3% 10mA do sụt áp trên LED đỏ (1,8V~2V) nhỏ hơn sụt áp trên LED xanh (3V) nên để an toàn và đơn giản, ta chỉ tính toán đối với LED đỏ. Tính R E : ta có I cbh *R E = 5V – (0,2V + 2V + 0,2V)  R E = = 7,8   chọn R E = 6,8  với R E = 6,8   I cbh = I tt =  382 mA  I tb = 382 mA*3%  11,46 mA với I cbh = 382 mA  I BH  = 15,28 mA Vậy chọn giá trò R E = 6,8  Ta có I BH (dòng điện qua R BH ) = = =   15,28 mA  R BH ≤ = 0,12 K  chọn R BH = 120  đối với Transistor T 2 : I BC (dòng điện qua R BC ) = =  15,28 mA  R BC ≤ 0,288 K  chọn R BC = 270  Xét trường hợp cả 7 LED trong cùng một cột đều sáng, ta chỉ tính toán đối với T 2 6,8  2,6V 25 382 R BH 5V – I cbh * R E – 0,6V R BH 5V – 2,6 – 0,6 R BH 1,8 R BH 1,8 15,28 mA 1,8V R BC 5V – 0,6V R BC 4,4 V T2 7404 R BC 7 LED 333mA 2,6V Khi 7 LED cùng sáng thì dòng điện tức thời qua T 2 là: 7 * 382 mA = 2,674 A Tương tự như trên ta có I BC =  = = 107 mA  R BC ≤ = 0,041 K  chọn R BC = 39  Transistor thúc hàng chọn loại B562, thúc cột chọn loại D468. Hai Transistor này có dòng I C đến 1A nên bảo đảm hoạt động tốt ở mạch này. R BC 5V – 0,6V R BC I cbh 25 2,674A 107 mA 4,4 V . hàng và thúc cột dùng Transistor. 1. Bộ thúc công suất hàng dùng Transistor: Dữ liệu từ ngõ ra EPROM muốn hiển thò được thì phải ở mức logic [1] (do đề tài. các tải trong các mạch điện tử số. Tuy nhiên, nếu dùng các IC để thúc công suất thì ta sẽ có dòng ngõ ra cố đònh, khi muốn dùng tải có công suất lớn hơn