Giáo trình kỹ thuật xung

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH KỸ THUẬT XUNG NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo định số 546 ngày 11 tháng năm 2020) NĂM 2020 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Nghề, giáo trình Kỹ Thuật Xung giáo trình mơ đun đào tạo chuyên ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Bộ Lao động Thương binh Xã hội Tổng cục Dạy Nghề phê duyệt Nội dung biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức kỹ chặt chẽ với nhau, logíc Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 gồm có: Bài MĐ29-01: Các khái niệm Bài MĐ29-02: Biến đổi dạng sóng dùng mạch RLC Bài MĐ29-03: Mạch xén – mạch kẹp Bài MĐ29-04: Mạch dao động đa hài Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian, bổ sung kiến thức trang thiết bị phù hợp với điều kiện giảng dạy Tuy nhiên, tùy theo điều kiện sở vật chất trang thiết bị, trường có thề sử dụng cho phù hợp Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hồn thiện MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC MÔ ĐUN KỸ THUẬT XUNG BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 ĐỊNH NGHĨA XUNG ĐIỆN, CÁC THAM SỐ VÀ DÃY XUNG: 1.1.1 Định nghĩa: 1.1.2 Các thông số xung điện dãy xung 1.2 TÁC DỤNG CỦA R, C, L ĐỐI VỚI XUNG CƠ BẢN 1.2.1 Tác dụng R, C xung 1.2.2 Tác dụng mạch R-L xung 1.2.3 Tác dụng mạch R-L-C xung Bài 2: BIẾN ĐỔI DẠNG SÓNG DÙNG MẠCH R,L,C 10 2.1 MẠCH LỌC THÔNG CAO 10 2.2 MẠCH LỌC THÔNG THẤP 12 2.3 CÁC BỘ SUY HAO 14 BÀI 3: MẠCH XÉN – MẠCH KẸP 19 3.1 KHÁI NIỆM: 19 3.2 MẠCH XÉN DÙNG DIODE 19 3.2.1 Mạch xén dương 19 3.2.2 Mạch xén âm 20 3.3 MẠCH XÉN Ở HAI MỨ ĐỘC LẬP 21 3.4 MẠCH KẸP DÙNG DIODE 21 3.4.1 Mạch kẹp mức không: (Mạch điện Hình 3.9) 21 3.4.2 Mạch kẹp mức không: 22 3.5 MẠCH KẸP TẠI CỰC NỀN BJT 23 BÀI 4: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI 24 4.1 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI KHÔNG ỔN: 24 4.1.1 Mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzisto 24 4.1.2 Mạch dao động đa hài dùng không ổn dùng IC 555 26 2.1.3 Mạch dao động đa hài dùng cổng logic: 28 4.2 MẠCH ĐA HÀI ĐƠN ỔN: 29 4.2.1 Mạch đa hài đơn ổn dùng tranzistor: 29 4.2.2 Mạch đa hài đơn ổn dùng IC NE555: 32 4.2.3 Mạch đa hài dùng cổng logic: 33 4.3 MẠCH ĐA HÀI LƯỠNG ỔN: 34 4.3.1 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng tranzistor: 34 4.3.2 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng cổng logic: 36 4.4 MẠCH SCHMITT – TRIGGER: 37 4.2.1 Mạch Schmitt trigger dùng Transistor: .38 4.4.2 Mạch Schmitt trigger dùng cổng logic: 38 MÔ ĐUN KỸ THUẬT XUNG Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun:: Mơ đun bố trí dạy sau học xong môn linh kiện diện tử, đo lường điện tử, điện tử tương tự, điện tử Kỹ thuật xung môn học sở nghành Ðiện – Ðiện tử có vị trí quan trọng tồn chương trình học sinh viên học sinh, nhằm cung cấp kiến thức liên quan đến phương pháp để tạo tín hiệu xung biến đổi dạng tín hiệu xung, phương pháp tính tốn thiết kế cơng cụ tốn học hỗ trợ việc biến đổi, hình thành dạng xung mong muốn… Tính chất môn học: Là mô đun kỹ thuật sở Mục tiêu Mô đun: Sau học xong mơ đun học viên có lực * Về kiến thức: - Phát biểu khái niệm xung điện, hệ thông số xung điện, ý nghĩa xung điện kỹ thuật điện tử - Trình bày cấu tạo mạch dao động tạo xung mạch xử lí dạng xung - Trình bày cấu tao, nguyên lý mạch số thơng dụng như: Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều khiển * Về kỹ năng: - Lắp ráp, kiểm tra mạch tạo xung xử lí dạng xung - Lắp ráp, kiểm tra mạch số panel thực tế * Về thái độ: - Rèn luyện cho học sinh thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập thực công việc BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 ĐỊNH NGHĨA XUNG ĐIỆN, CÁC THAM SỐ VÀ DÃY XUNG: Tín hiệu biến đổi đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng thơng tin Tín hiệu chia làm loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung) Trong tín hiệu hình sin xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục ,có đường biểu diễn hình 1-1 Ngược lại tín hiệu hình vng xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu khơng liên tục hình 1-2 Hình 1.1: Tín hiệu hình sin Hình 1.2: Tín hiệu hình vng 1.1.1 Định nghĩa: Xung điện tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với trình độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình 1.3) (u,t ) (u,t ) (u,t ) t t t Hình 1.3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng bản: (u,t) (u,t) t (u,t ) t (u,t) t Hình 1.4: Các dạng xung mạch điện thiết kế 1.1.2 Các thông số xung điện dãy xung t a Các tham số xung điện: Dạng xung vuông lý tưởng trình bày U, I off t on Hình 1.5: Các thơng số xung + Độ rộng xung: thời gian xuất xung mạch điện, thời gian thường gọi thời gian mở ton Thời gian khơng có xuất xung gọi thời gian nghỉ t off + Chu kỳ xung: khỏang thời gian lần xuất xung liên tiếp, tính theo cơng thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung tính theo cơng thức: f= T (1.2) + Độ rỗng hệ số đầy xung: - Độ rỗng xung tỷ số chu kỳ độ rộng xung, tính theo công thức: Q= T Ton (1.3) - Hệ số đầy xung nghịch đảo độ rỗng, tính theo công thức: n= Ton T (1.4) Trong thực tế, người ta quan tâm đến tham số này, người ta quan tâm thiết kế nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp chiều tạo sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc mạch điều chỉnh cho mạch điện cấp đủ dòng, đủ công suất, cung cấp cho tải + Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, xung vng, xung chữ nhật khơng có cấu trúc cách lí tưởng Khi đại lượng điện tăng hay giảm để tạo xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian độ)nhất mạch có tổng trở vào nhỏ có thành phần điện kháng nên sườn trước sau không thẳng đứng cách lí tưởng Do thời gian xung tính theo công thức: ton = tt + tđ + ts Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung (1.5) ts : Độ rộng sườn sau U,I Sườn trước đỉnh xung Sườn sau t Hình 1.6: Cách gọi tên cạnh xung Độ rộng sườn trước t1 tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90% trị số biên độ xung độ rộng sườn sau t2 tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung Trong xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa mạch điện điều khiển Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V Sườn trước xung nhịp tính từ xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V sườn sau xung nhịp tính từ xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V 10% giá trị điện áp đáy đỉnh xung dùng cho việc chuyển chế độ phân cực mạch điện Do mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch địi hỏi độ xác tính ổn định cao + Biên độ xung cực tính xung: Biên độ xung giá trị lớn xung với mức thềm 0V (U, I)Max (Hình 1.7) Hình mơ tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc ta thấy vach nằm song song không thấy vạch hình thành sườn trước sườn sau xung nhịp Khi giảm thời gian quét ta thấy rõ dạng xung với sườn trước sườn sau xung 1.2 TÁC DỤNG CỦA R, C, L ĐỐI VỚI XUNG CƠ BẢN 1.2.1 Tác dụng R, C xung Có hai mạch lọc RC mạch lọc thấp qua mạch lọc cao qua Vi R Vo C Hình 2.1: Mạch tích phân Vi C Hình 2.1 b: Đáp ứng tần số Vo R Hình 2.2 b: Đáp ứng tần số Hình 2.2 a: Mạch lọc cao qua Trong hai mạch lọc thấp qua mạch lọc cao qua dùng RC tần số tính theo cơng thức: fc  2RC (1.6) Ở tần số cắt điện áp Vo có biên độ là: Vo  Vi (1.7) 1.2.2 Tác dụng mạch R-L xung Người ta dùng điện trở R kết hợp với cuộn cảm L để tạo thành mạch lọc thay cho tụ C Do tính chất L C ngược tần số nên mạch lọc thấp qua cao qua dùng RL có cách mắc ngược lại với mạch RC Vi L R Vi Vo Vo R L Hình 2.3a: Mạch lọc thấp dùng RL Hình 2.3 b: Mạch lọc cao dùng RL Hai mạch lọc thấp qua mạch lọc cao qua dung RL có đáp ứng tần số có dạng giống mạch lọc RC fc  R 2L (1.8) 1.2.3 Tác dụng mạch R-L-C xung Trong thực tế, mạch điện không dùng mạch mắc theo RLC mạch xử lý dạng xung, thường sau xử lý xong mạch RLC thường dùng để lọc tín hiệu xử lý bù pha dịng điện, dòng điện hay điện áp qua L, C bị lệch pha góc 900 ngược nhau, nên lúc qua L C dẫn đến chúng lệch góc 1800 Nên dễ sinh tượng cộng hưởng, tự phát sinh dao động Ur L Vi C R Vo r t Hình 2.4: Mạch R-L-C Khi tác động vào mạch đột biến dòng điện, mạch phát sinh dao động có biện độ suy giảm dao động quanh trị số không đổi Ir Nguyên nhân suy giảm do điện trở song song với mạch điện R r làm rẽ nhánh dòng điện ngõ Nếu tần số cộng hưởng riêng mạch trùng với tần số xung ngõ vào làm cho mạch cộng hưởng, biên độ ngõ tăng cao Nếu ngõ vào chuỗi xung thì: - Nếu thời gian lặp lại xung ngắn chu kỳ cộng hưởng biên độ ngõ tăng dần theo thời gian dễ gây áp ngõ vào tầng - Nếu thời gian lặp lại xung với chu kỳ cộng hưởng biên độ tín hiệu ngõ gần với tín hiệu ngõ vào, có dạng hình sin thềm điện áp hìn sin tắt dần, khơng có lợi cho mạch xung số Trong thực tế mạch dùng để lọc nhiễu xung có biên độ cao tần số lớn với điện áp ngõ vào có dạng hình sin Xét cực C1 T1 dẫn bão hòa VC1  0.2V T1 ngưng dãn điện áp VC1  Vcc Dạng sóng cực C dạng sóng vuông Tương tự ta xét cực B2 cực C2 dạng sóng hai cực dạng với dạng sóng cực B1 C1 đảo pha nhau: Vì cực C tranzito Q1 Q2 xuất xung hình vng, nên chu kỳ T tính thời gian tụ nạp điện xả điện mạch T =(t1 + t2) = 0,69 (R2 C1 + R3 C2) Do mạch có tính chất đối xứng, ta có: T = x 0,69 R2 C1 = 1,4.R3 C2 Trong đó: t1, t2: thời gian nạp xả điện mạch R1, R3: điện trở phân cực B cho tranzito Q1 Q2 C1, C2: tụ liên lạc, gọi tụ hồi tiếp xung dao động Từ đó, ta có cơng thức tính tần số xung sau: f= 1 = T 0,69 (R C1  R C ) f= 1  T 1,4 (R B C) 4.1.2 Mạch dao động đa hài dùng không ổn dùng IC 555 IC 555 thực tế gọi IC định thời Họ IC ứng dụng rộng rãi, lĩnh vực điều khiển, thực hịên nhiều chức định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích thích điều khiển linh kiện bán dẫn công suất a Cấu tạo IC 555: - IC 555 vỏ plastic có cấu tạo chân trình bày Hình 555 Gnd Trg Out Rst Vcc Dis Thr Ctl Hình 4.3: Sơ đồ chân IC 555 Họ IC 555 ký hiệu nhiều dạng ký hiệu khác nhau: MN555, LM555, C555, NE555, HA17555, A555 Chức chân IC 555 nêu bảng đây: THỨ TỰ CHÂN TÊN CHÂN GND TRIGGER INPUT TRIGGER CHỨC NĂNG CÁC CHÂN Chân nối đất hay nguồn âm Ngõ vào xung Ngõ xung OUTPUT RESET CONTROL VOLTAGE THRESHOLD DISCHARGE +Vcc Phục hồi Điện áp điều khiển Ngưỡng Xả điện Nguồn cung cấp b Sơ đồ mạch điện mạch dao động đa hài dùng IC 555: Hình 4.4 Mạch điện Chân nối với chân chân ngõ vào chân giữ mức thềm (mức ngưỡng) có chung điện áp phân cực Chân nối với tụ C2 xuống GND để lọc nhiễu tần số cao Vì vậy, tụ thường có trị số khơng lớn lắm, chọn vào khoảng từ đến 0,001F Chân nối nguồn Vcc không dùng chức Reset Chân chân xả điện, nên nối điện trở R1 R2 làm đường nạp xả điện cho tụ C1 c Nguyên lí hoạt động mạch: Khi cấp nguồn Vcc, tụ C1 nạp điện qua R1, R2 với số thời gian nạp: tnạp = 0,69 (R1 + R2)C1 Trong thời gian C1 nạp đầu Q FF có mức Lúc đầu chân có mức 0V Vì khơng có tín hiệu xung Khi C1 nạp đầy khơng nạp tiếp mà phải xả điện qua R2 qua tranzistor xuống mass với số thời gian xả là: txả = 0,69R2C1 Khi đầu Q FF có mứ Vậy điện áp ngõ chân có mức có dạng tín hiệu hình vuông với chu kỳ là: T = 0,69 (R1 + 2R2)C1 Do thời gian nạp vào thời gian xả không (tnạp > txả) nên tần số tín hiệu xung là: f= 1 = T 0,69 (R  2R )C1 d Dạng xung ngõ chân : Hình 4.5: Dạng tín hiệu chân Dạng điện áp chân 2-6, chân chân khoảng thời gian điện áp tăng thời gian tụ nạp, khoảng thời gian điện áp giảm thời gian tụ xả Khi khảo sát dạng điện áp chân cần lưu ý cấp nguồn cho mạch tụ C sữ nạp điện tù 0v lên đến 2/3 Vcc xả xả đến 1/3 Vcc lần nạp sau tụ nạp từ 1/3 Vcc dế 2/3 Vcc Khi tụ nạp chân có điện áp cao chân 6, tụ xả điện áp chân giảm nhanh xuống 0v không giảm theo hàm số mũ tụ C 2.1.3 Mạch dao động đa hài dùng cổng logic: Để thực mạch dao động đa hài khơng ổn dùng cổng logic, người ta thực a Mạch dùng cổng NOT (cổng đảo): R Q C Q Hình 4.6: Mạch dao động dùng hai cổng đảo Trong Hình 2.7, ngõ cổng đảo nối đến ngõ vào cổng đảo ngõ cổng đảo nối trở lại ngõ vào cổng đảo qua tụ liên lạc C Việc chuyển đổi trạng thái mạch thực nhờ trình nạp xả tụ C qua điện trở R tạo thành đường vịng hồi tiếp dương kín Giả sử, cổng đảo có Q = cổng đảo có Q = 0, đó, lúc tụ nạp điện qua R đến tụ C nạp đầy điện áp ngõ vào cổng đảo tăng lên mức cao, ngõ Q = tác động đến ngõ vào cổng đảo làm ngõ Q = 1, điện áp tụ tăng, tụ xả điiện qua R đến hết điện, điện áp ngõ vào cổng đảo lúc giảm thấp, Q chuyển sang trạng thái Q=1 tác động ngõ vào cổng đảo làm cho Q = Quá trình tiếp tục diễn ra, mạch thực chức tự dao động Chu kỳ xung T = 2,3RC Tần số xung f = 1 = T 2,3RC b Mạch dùng cổng NAND: C R Q Q Hình 4.7: Mạch dao động đa hài dùng hai cổng NAND Mạch sơ đồ Hình 2.8 có ngõ vào nối tắt nên thực chất giống cổng đảo Ngõ cổng NAND có Q nối với ngõ vào cổng NAND ngược lại ngõ cổng NAND có Q nối đến ngõ vào cổng NAND 1, tạo thành mạch vịng kín hồi tiếp dương Tụ C điện trở R dùng để xác lập tần số mạch, cơng thức tính giống công thức 2.8 2.9 Trong thực tế cịn có nhiều cách tạo mạch dao động đa hài không ổn dùng IC, linh kiện R, C thạch anh để có tần số dao động ổn định Chúng ta tham khảo tài liệu mạch điện tử mạch IC số khác 4.2 MẠCH ĐA HÀI ĐƠN ỔN: 4.2.1 Mạch đa hài đơn ổn dùng tranzistor: a Sơ đồ mạch: Để dễ dàng phân biệt mạch dao động đa hài không ổn dao đông đa hài đơn ổn, người học cần ý cách mắc linh kiện mạch Vcc Rc1 Rb2 Rb1 Rc2 C2 C1 Q1 Q2 Rb C'2 -Vb Vi Hình 4.8: Mạch dao động đa hài đơn ổn + Mạch dao động đa hài đơn ổn có trạng thái dẫn bão hịa trạng thái ngưng dẫn có trạng thái ổn định trạng thái không ổn định + Ở trang thái bình thường, điện áp cấp nguồn, mạch giữ trạng thái khơng có tác động từ bên Khi ngõ vào nhận xung kích thích ngõ nhận xung có độ rộng tùy thuộc vào tham số mạch tham số định trước, nên mạch gọi mạch định thời, sau thời gian xung mạch tự trở trạng thái ban đầu b Nguyên lí hoạt động mạch - Khi cấp nguồn cho mạch: Vcc cấp dòng qua điện trở Rb2 làm cho điện áp cực B Q2 tăng cao 0,6V dẫn điện bão hòa điện áp cực C Q2  0V Đồng thời điện trở Rb nhận điện áp âm -VB đặt vào cực B tranzito Q1 với điện áp Vcc lấy từ điện trở Rb1 làm cho cực B tranzito Q1 có giá trị nhỏ 0,3v tranzito Q1 ngưng dẫn, điện áp cực C Q1 tăng cao  Vcc.tụ C1 nạp điện từ nguồn qua điện trở Rc1 qua mối nối BE Q2 Mạch giữ ngun trạng thái khơng có xung âm tác động từ bên vào cực B Tranzito Q2 qua tụ C2 - Khi có xung âm tác động vào cực B Tranzito Q2 làm cho Q2 từ trạng thái dẫn bão hoà chuyển sang trạng thái ngưng dẫn, điện áp cực C Q2 tăng cao, qua tụ liên lạc C2 làm cho điện áp phân cực BQ1 tăng cao làm cho Q1 từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái, lúc tụ C1 xả điện qua Q1 làm cho điện áp phân cực B Q2 giảm, tranzito Q2 chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn, lúc điện cực C Q2 tăng cao qua tụ C2 làm cho điện áp cực B Q1 tăng, tranzito Q1 dẫn bão hoà Mạch chuyển trang thái Q1 dẫn bão hồ - Khi chấm dứt xung kích vào cực B Q2, tụ C1 nạp điện nhanh từ Rc1 qua tiếp giáp BEQ2, làm cho điện áp cực BQ2 tăng cao Q2 nhanh chóng chuyển trạng thái từ ngưng dẫn sang trạng thái dẫn bão hồ, cịn Q1 chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn trở trạng thái ban đầu Dạng sóng chân: Vi t VB1 0.8v -VCC VC1 t Cxả VCC 0.2v t VC2 VCC 0.2v đồ t Hình 4.9: Dạng sóng chân b Điều kiện làm việc mạch đơn ổn: + Chế độ phân cực: Đảm bảo cho tranzito dẫn phải dẫn bão hòa sơ Hình 2.9 Q2 phải dẫn bão hịa nên: Vcc  Vcesat Vcc với (VCE sat  0,2v)  Rc2 Rc2 Vcc  Vbesat Vcc IB2 = với (Vbe sat  0,7v)  Rb2 Rb2 Ic2 Ic2 Ic2 IB2 > thường chọn IB2 = k  sat sat sat Ic2 = (k hệ số bão hòa sâu k =  ) + Thời gian phân cách: khoảng thời gian nhỏ cho phép xung kích mở Mạch dao động đa hài đơn ổn làm việc Nếu xung kích thích liên tiếp có thời gian q ngắn làm cho mạch dao động không làm việc trường hợp người ta nói mạch bị nghẽn Nếu gọi: Ti: thời gian lặp lại xung kích Tx: thời gian xung Th: thời gian phục hồi Ta có: Ti > Tx + Th c Các thông số kỹ thuật mạch: - Độ rộng xung thời gian tạo xung ngõ mạch có xung kích thích, phụ thuộc chủ yếu vào tụ hồi tiếp điện trở phân cực Rb2 Ta có cơng thức sau: tx = 0,69 Rb2.C1 - Thời gian hồi phục thời gian mạch chuyển từ trạng thái xung trở trạng thái ban đầu, phụ thuộc chủ yếu vào thời gian nạp điện qua tụ Vì thực tế sau hết thời gian xung mạch không trở trạng thái ban đầu tụ C1 nạp điện qua Rc1 tăng theo công thức  nạp = Rc1.C1 Tụ nạp đầy thời gian  , thường tính Th = 4.Rc1 Độ rộng xung: t= tx + th - Biên độ xung ra: Ở trạng thái ổn định, Q1 ngưng dẫn, Q2 bão hịa nên ta có: Vc1  Vcc Vc2 = Vce sat  0,2 v Vc2 = Vcc Rb2 = Vx Rc1  Rb2 Như vậy, biên độ xung vuông âm Q1 tạo ra: V1 =Vcc - 0,2v  Vcc biên độ xung vuông dương Q2 tạo ra: V2 =Vx - 0,2v  Vx 4.2.2 Mạch đa hài đơn ổn dùng IC NE555: a Sơ đồ mạch: Hình 4.10: Mạch đơn ổn dùng IC 555 b Nguyên lí hoạt động mạch Khi cấp nguồn Vcc, chân nối với nguồn Vcc qua R1 chân giữ thềm mắc vào chân phục hồi, nên lúc điện áp chân và 0, mạch giữ nguyên trạng thái nên không tạo dao động, xung ngõ chân khơng xuất Khi có xung âm kích thích vào chân (hoặc chân nối với vỏ máy thời gian ngắn) lúc điện áp phân cực chân giảm thấp xuống mức 2/3Vcc nên điện áp chân tăng, tụ C1 nạp điện qua điện trở R1, ngõ chân lên mức cao tạo xung Khi điện áp nạp tụ tăng dần đến đạt giá trị 2/3Vcc mạch đổi trang thái làm việc trở trạng thái ban đầu chấm dứt xung ra, đồng thời chân đặt xuống mức thấp 0V, tụ C1 xả điện qua chân xuống GND, mạch trở trạng thái ban đầu chờ xung âm kích mở Dạng sóng chân: c Thơng số mạch: Điện áp nạp tụ tăng theo hàm só mũ là: VC = VCC(1 - e tx  ) Trong   RT C mà: tx =  Ln3 Vậy: tx = 1,1.RT.C (Ln3 = 1,1) 4.2.3 Mạch đa hài dùng cổng logic: Mạch đa hài đơn ổn dùng cổng NOR có sơ đồ hình vẽ sau: Vcc R A C Q B Hình 4.11: Mạch dao động đơn ổn dùng cổng NOR Khi kết nối với nguồn điện cung cấp, ngõ vào A = (mức thấp), lúc ngõ cổng NOR mức thấp, ngõ vào mức cao nhờ R mắc lên nguồn cung cấp VCC, nên ngõ vào cổng NOR có mức cao, ngõ cổng NOR có mức thấp, mức đưa trở ngõ vào B cổng NOR 1, nên ngõ cổng NOR mức cao Điện áp hai chân tụ xấp xỉ nhau, tụ không nạp điện Khi tác động ngõ vào A = 1, ngõ cổng NOR đổi trạng thái xuống mức thấp, tụ nạp điện qua R làm ngõ vào cổng NOR giảm xuống mức thấp, ngõ Q cổng NOR lên mức cao (bằng với nguồn cung cấp Vcc), tạo xung ngõ Khi tụ nạp đầy, ngõ vào cổng NOR lên mức 1, ngõ cổng NOR mức 0, chấm dứt xung ngõ trở trạng thái ổn định ban đầu 4.3 MẠCH ĐA HÀI LƯỠNG ỔN: Mạch dao động đa hài lưỡng ổn gọi mạch Flip – Flop(mạch lật) 4.3.1 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng tranzistor: a Sơ đồ mạch: Vcc RC2 RC1 RB1 RB2 Q1 Q2 R1 R2 -Vcc Hình 4.12: Mạch dao động đa hài lưỡng ổn FF b Nguyên lí hoạt động Hai mạch Q1 Q2 mắc linh kiện cân xứng Rc1 = Rc2 R1 = R2 RB1 = RB2 Q1 Q2: loại Giả sử Q1 dẫn trước cực C Q1 giảm qua RB2 làm cho điện áp cực B Q2 giảm dần làm cho điện áp cực C Q2 tăng qua RB1 làm cho điện áp cực B Q1 tăng cao Q1 dẫn bão hòa Vc Q2  qua RB2 điện áp cực B Q2 có giá trị âm Q2 ngưng dẫn , điện áp cực C Q2 Vc = Vcc Mạch giữ ngun trạng thái khơng có tác động từ bên Đây trạng thái thứ FF Ngược lại giả thiết Q2 dẫn mạnh Q1 tương tự trường hợp Q1 dẫn mạnh Q2 Khi Q2 dẫn đến bão hòa Q1 tiến đến trạng hái ngưng dẫn mạch điện trạng thái tác động khác Đây trạng thái thứ hai FF Mạch Flip – Flop hai trạng thái nên gọi mạch lưỡng ổn c Phương pháp kích xung: Muốn đổi trạng thái Flip – Flop ta cho xung am vào cực B1 (hoặc cho xung dương vào cực B2) Muốn trở lại trạng thái cũ tì phải cho xung dương vào cực B1 (hoặc cực âm vào cực B2) Ta có sơ đồ mạch kích bên: +Vcc RC1 RC2 RB1 RB2 Q2 Q1 R1 R2 D C -Vcc R Hình 4.13: Mạch kích bên Với mạch hình tren ta dùng xung kích điều khiển xung vng qua mạch vi phân RC để đổi từ xung vuông hai xung nhọn Diode có mạch có tác dụng loại bỏ xung nhọn dương đưa xung nhọ âm vào cực B1 để đổi trạng thái Q1 từ bão hịa sang ngưng dẫn Giả thiết mạch có trạng thái hình vẽ Q1 bão hịa Q2 ngưng dẫn Khi ngõ vào nhận xung vuông Vi qua mạch vi phân RC tạo điện áp Vi điện trở R hai xung nhọn Khi có xung nhọn dương thi D bị phân cực ngược nen ngưng dẫn mạch FF giữ nguyên trạng thái có Khi có xung nhọn âm D phân cực thuận coi nối tắt làm cho điện áp VB1 giảm xuống 0v Lúc Q1 ngưng dẫn nên IB1 = 0, TC1 = nên VC1 tăng cao tạo phân cực đu mạnh cho cực B2 Q2 chạy bão hòa Khi Q2 bão hào VC2  0.2v nên Q1 khơng phân cực tiếp tục ngưng dẫn hết xung âm Như mạch FF chuyển từ trạng thái Q1 bão hịa Q2 ngưng sang, sau Q1 ngưng Q2 bão hõa Khi mạch ổn định trạng thái mạch khơng bị tác động đổi trạng thái đổi xung kích vào cực B1 By muốn đổi trang thái mạch trở lại trạng thái cũ phải cho xung vng qua mạch vi phân D vào cực B2 d Dạng sóng: Vi + t VC t VB 0.8V t VC - 1.5V +11V +0.2V t Hình 4.14: Dạng sóng chân 4.3.2 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng cổng logic: a Mạch Flip - Flop: Để tạo mạch flip - flop cần mắc cổng NOT chéo hình 4.7 A B Q Q Hình 4.15: Mạch Flip Flop Khi cấp điện, ngõ Q = ngõ vào B = qua mạch đảo làm Q = mạch ổn định trạng thái Mạch trạng thái ngược lại Q = Q = ổn định Như mạch có hai trạng thái ổn định theo nguyên lí mạch đa hài lưỡng ổn Để chọn trạng thái cho mạch, người ta dùng cổng NAND hay NOR gọi RS Flip -Flop b Mạch RS Flip Flop: Để điều khiển chọn trạng thái người ta dùng cổng NAND có hai ngõ vào Một ngõ vào nhận hồi tiếp ngõ vào lại để điều khiển Mạch FF hình 2.18 dùng hai cổng NAND hai cổng NOT S R 1 Q Q Hình 4.16: RS Flip-Flop dùng cổng NAND 4.4 MẠCH SCHMITT – TRIGGER: 4.4.1 Mạch Schmitt – trigger dung tranzistor: a Sơ đồ mạch điện bản: Trên sơ đồ (hình vẽ 5.1) hai tranzito Q1 Q2 dược mắc trực tiếp có chung cực E Cực B2 phân cực nhờ Rb2 lấy từ VC1 để có điện áp vào xung vng hai trasistor Q1 Q2 phải làm việc luân phiên chế độ bão hịa ngưng dẫn Q1 ngưng dẫn Q2 bão hồ ngược lại Q1 bão hịa Q2 ngưng dẫn RC2 RC1 Vo RB2 Vi Q2 Q1 RB1 RE Hình 4.17: Mạch Schmitt triggơ b Ngun lí hoạt động : - Khi chưa có tín hiệu ngõ vào : Tranzito Q1 ngưng dẫn phân cực Vbe  ( RB1 nối mass) Tranzito Q2 dẫn bão hòa VC1 tăng cao qua RB2 phân cực VBE2  0,7v Khi chưa có tín hiệu thời gian dẫn bão hịa lâu, làm Q2 thủng nên dịng phân cực qua RC2 nhỏ Tín hiệu phải có biên độ đủ lớn để kích Q1 dẫn bão hịa tín hiệu trước đưa đến mạch schmitt-trigger dược đưa qua mạch khuếch đại Tín hiệu ngõ vào thường ghép qua tụ để phân cách thềm điện áp phân cực giảm ảnh hưởng ghép tầng - Khi có tín hiệu ngõ vào: Tranzito Q1 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn làm điện áp VC1 giảm qua RB2 làm cho VB2 giảm kéo theo giảm điện áp VE2 VE1 mắc chung làm cho VBE1 nhanh chóng tăng cao 0,7v Q1 dẫn bão hòa VCE1  0,2v qua RB2 VCE2  0,2vm, Q2 ngưng dẫn ngõ VC2 ta tín hiệu có dạng xung phụ thuộc vào dạng xung ngõ vào Hình 2.22 Vi t Vo t Hình 4.18 Dạng tín hiệu ngõ vào ngõ mach Schimitt trigger Như ngõ mạch schimitt trigger ta có xung vng có biên độ độ rộng xung phụ thuộc độ rộng tín hiệu tương tự ngõ vào 4.4.2 Mạch Schmitt trigger dùng cổng logic: a Dùng cổng NAND R1 Q D Q R2 Hình 4.19: Mạch schmitt trigger dùng cổng NAND Khi điện áp Vi ngõ vào mức thấp ngõ vào cổng (2) mức thấp nên cổng (&) có ngõ mức cao Q =1 cổng (1) có chức cổng NOT nên ngõ Q mức thấp Q=0 Khi điện áp Vi ngõ vào mức tăng ngõ xuống mức thấp Q =0 cổng (2) đảo lại ngõ lên mức cao Q=1 làm cho Diode lúc bị phân cực thuận trì trạng thái Vi giảm thấp điện áp ngưỡng Vn Có thể giải thích tương tự với cổng NOT Vi t Vo t Hình 4.20: Dạng tín hiệu biểu diển BÀI TẬP CHƯƠNG 4: Muốn thay đổi tần số mạch dao động đa hài nên thực cách ? Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi độ rộng xung, cần thực cách nào? Muốn cho tranzito dẫn trước cấp nguồn, cần thực cách nào? Hãy cho biết nguyên nhân mạch dao động tạo dao động được, điện áp phân cực hai tranzito hoàn tồn giống Trong trường hợp khơng có tranzito NPN, có tranzito PNP, xây dựng mạch đa hào khơng ổn khơng? Nếu xây dựng mạch dao động đa hào không ổn mạch cấu tạo nào? Từ sơ đồ xây dựng mạch dao động đa hài không ổn dùng hai tranzito khác loại Sưu tầm tài liệu mạch dao động để xây dựng mạch dao động đa hài không ổn dùng cổng logic, điện trở, tụ điện thạch anh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mạch điện tử (tập – 2), Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2005 [2] Kỹ thuật xung nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002 [3] Kỹ thuật số, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004 [4] Kỹ thuật điện tử số, Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục [5] Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Vũ Đức Thọ, NXB Giáo dục ... Để thực biên soạn giáo trình đào tạo nghề Điện cơng nghiệp trình độ Cao Đẳng Nghề, giáo trình Kỹ Thuật Xung giáo trình mơ đun đào tạo chun ngành biên soạn theo nội dung chương trình khung Bộ Lao... 2005 [2] Kỹ thuật xung nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002 [3] Kỹ thuật số, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004 [4] Kỹ thuật điện tử số, Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục [5] Cơ sở kỹ thuật điện... Các dạng xung mạch điện thiết kế 1.1.2 Các thông số xung điện dãy xung t a Các tham số xung điện: Dạng xung vng lý tưởng trình bày U, I off t on Hình 1.5: Các thơng số xung + Độ rộng xung: thời