TÀI LIỆU hướ NG dẫn THỰ c HÀNH – THÍ NGHIỆM điệ n tử TƯƠNG tự số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH – THÍ NGHIỆM TÊN HỌC PHẦN MÃ HỌC PHẦN HỆ ĐÀO TẠO : ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - SỐ : 13330 : ĐẠI HỌC CHÍNH QUI Hải phịng, ngày /…/2022 TRƯỞNG KHOA Hải phòng, ngày / …/2022 Hải phòng, ngày / …/2022 TRƯỞNG BỘ MÔN NGƯỜI BIÊN SOẠN PGS.TS Trần Anh Dũng TS Đặng Hồng Hải PGS.TS Trần Sinh Biên HẢI PHỊNG - 2022 CÁC BÀI THỰC HÀNH - THÍ NGHIỆM TNBI S THỰC HÀNH – THÍ T NGHIỆM T Xây dựng số mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán Xây dựng số mạch tổ hợp Xây dựng mạch dao động đếm PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CỦA MƠN HỌC 1) Mục tiêu chung phần thực hành – thí nghiệm mơn học Giúp sinh viên nắm bắt, tiếp cận nội dung giảng lớp cách khoa học với thiết bị thực hệ thống Cung cấp cho sinh viên kỹ thiết kế mạch mới, cải hoán mạch cũ mạch tương tự, số; Kỹ kiểm tra kiểm nghiệm tính mạch điện tử tương tự điện tử số Rèn luyện kỹ hoạt động nhóm tỉ mỉ, cần mẫn cho sinh viên Giúp cho sinh viên giỏi phát huy tối đa kiến thức học 2) Giới thiệu thực hành – thí nghiệm 2.1 KIT thí nghiệm mạch logic Module thực hành – thí nghiệm bao gồm phần tử logic (Cổng OR, AND, NOR, NAND); Flip – Flop loại RS, JK, cần thiết cho thực hành – thí nghiệm Các dây kết nối đấu nối bề mặt KIT thực hành – thí nghiệm để thuận tiện cho sinh viên a) Nguồn cung cấp cho KIT: KIT thí nghiệm mạch logic sử dụng nguồn 110V/ 50 Hz b) Nguồn phát tín hiệu số c) Các phần tử logic bản: d) Bộ chuyển đổi hệ thập phân sang BCD: e) Bộ chuyển đổi BCD sang hệ thập phân f) Các loại Flip-Flop hình hiển thị g) Bộ cộng đầy đủ h) Bộ phát xung 2.2 Các thiết bị khác Ngoài việc thực hành KIT thực hành – thí nghiệm, sinh viên yêu cầu đấu nối mạch testboard Giảng viên hướng dẫn phát cho nhóm sinh viên linh kiện điện tử phục vụ cho q trình thực hành – thí nghiệm, bao gồm: Testboard, IC 74LS47, IC 74LS151, IC 74LS153, IC 74LS192, IC NE555, IC 74LS00, IC 74LS20, Tụ điện, điện trở loại, led bảy vạch, led đơn, nguồn cung cấp,, … 3) Phương pháp đánh giá kết thực hành – thí nghiệm sinh viên - - Sinh viên chia theo nhóm nhỏ, nhóm phát thiết bị để xây dựng mạch, triển khai thực hành – thí nghiệm cách độc lập Sau Giảng viên hướng dẫn, sinh viên tiến hành làm thực hành – thí nghiệm theo yêu cầu Khi hết thời gian cho phép, nhóm tiến hành bảo vệ thực hành – thí nghiệm có hỗ trợ thiết bị đo Viết báo cáo kết thực hành – thí nghiệm 4) Công tác chuẩn bị Sinh viên - - Chuẩn bị kỹ phần lý thuyết học có liên quan tới thực hành – thí nghiệm - - - 5) Nghe Giảng viên hướng dẫn vấn đề an toàn làm việc với mạch số Xây dựng thực hành – thí nghiệm theo yêu cầu giấy trước lắp mạch thật Chuẩn bị giấy để ghi lại kết thực hành – thí nghiệm Cán phụ trách hướng dẫn thực hành – thí nghiệm - Cán hướng dẫn tiến hành hướng dẫn chung cho lớp Module thực hành – thí nghiệm, dụng cụ, nội quy, quy định an tồn phịng thực hành – thí nghiệm - Hướng dẫn nhóm tiến hành nội dung yêu cầu thực hành – thí nghiệm - 6) Kiểm tra đánh giá kết thực hành – thí nghiệm nhóm Tài liệu tham khảo [1] Trần Sinh Biên, Điện tử số, Nhà xuất Hàng Hải, 2015 [2] Cảm nang tra cứu linh kiện điện tử PHẦN II: NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC BÀI THTN Bài 1: Xây dựng số mạch ứng dụng khuếch đại thuật toán 1) Mục tiêu 1.1 Ứng dụng mạch khuếch đại thuật toán để xây dựng số mạch mạch khuếch đại thuận, mạch khuếch đại đảo, mạch cảm biến ánh sáng 1.2 Luyện cho học sinh kỹ kết nối mạch xây dựng, kiểm nghiệm tính mạch điện tử 1.3 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phần lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phòng thực hành – thí nghiệm Các nội dung, quy trình Nội dung: (Sinh viên thực ba 2.2 Tìm hiểu hoạt động phần tử khuếch đại thuật toán, cách đấu nối mạch Trang bị cần thiết 3.1 Card logic test (test board), IC LM324, led đơn, điện trở loại, quang trở, dây đồng lõi loại nhỏ 3.2 Đồng hồ vạn năng, nguồn cung cấp sơ đồ để triển khai mạch thực) 4.1 Xây dựng mạch khuếch đại thuận (khơng đảo) sử dụng khuếch đại thuật tốn (Thực testboard) Xây dựng mạch khuếch đại thuận sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đôi ±12V) Hình 1.1 Mạch khuếch đại thuận sử dụng khuếch thuật toán đại Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh với lí thuyết b) Thay đổi biến trở, quan sát tượng LED, giải thích tượng Tiến hành đo giá trị điện áp thay đổi biến trở a) c) Tại biến trở thay đổi tới vị trí định điện áp không thay đổi nữa? 4.2 Xây dựng mạch khuếch đại đảo sử dụng khuếch đại thuật toán (Thực testboard) Xây dựng mạch khuếch đại sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đôi ±12V) Hình 1.2 Mạch khuếch đại đảo sử dụng khuếch thuật toán đại Xác định hệ số khuếch đại mạch so sánh với lí thuyết b) Dự đốn quan sát tượng LED, giải thích tượng Tiến hành đo giá trị điện áp vào, thay đổi biến trở a) c) Tại biến trở thay đổi tới vị trí định điện áp không thay đổi nữa? 4.3 Xây dựng mạch cảm biến ánh sáng sử dụng khuếch đại thuật toán (Thực testboard) Xây dựng mạch cảm biến ánh sáng sử dụng IC LM324 (Mạch sử dụng nguồn đơn +5V) + Hình 1.3 Mạch cảm biến ánh sáng sử dụng khuếch đại thuật toán a) Thay đổi cường độ ánh sáng chiếu vào quang trở; Quan sát giải thích tượng LED b) Tiến hành đo tín hiệu vào, trường hợp để kiểm chứng kết Quy trình: - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho sinh viên Module thực hành – thí nghiệm - Hướng dẫn cách đấu nối để xây dựng mạch - Hướng dẫn sinh viên cách đo, kiểm nghiệm tính mạch Kết luận, yêu cầu đạt sinh viên sau thực hành – thí nghiệm - Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm - Tiến hành thực hành – thí nghiệm - Trả lời câu hỏi liên quan, đo đạc ghi chép lại kết thực hành – thí nghiệm - Xử lí số tình cán hướng dẫn đề nghị - Đề xuất ý kiến cá nhân - Nộp báo cáo ghi chép thông số rút từ thực hành – thí nghiệm Bài 2: Xây dựng số mạch tổ hợp 1) Mục tiêu 1.1 Hệ thống hoá phương pháp xây dựng mạch từ phần tử logic khác nhau, mạch tổ hợp thường gặp để thoả mãn quan hệ hàm cho trước 1.2 Xây dựng mạch tổ hợp sử dụng KIT thí nghiệm mạch logic, mạch tổ hợp thường gặp (mạch giải mã, dồn kênh, phân kênh) 1.3 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học kỹ xây dựng mạch 2) Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phầ n lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phịng thực hành – thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, mạch tổ hợp thường gặp mạch giải mã, dồn kênh, phân kênh; cách phân tích, thiết kế mạch tổ hợp 3) Trang bị cần thiết 3.1 KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic, testboard, IC 74LS00, IC 74LS151, IC 74LS20 3.2 Nguồn điện 110V/ 50 Hz, nguồn VDC 3.3 Dây nối, LED đơn, điện trở loại, đồng hồ vạn 4) C c n ộ i d u n g , q u y t r ì n h N ộ i d u n g : 4.1 Rút gọn hàm xây dựng mạch với chức tương đương (Thực KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic) Hình 2.1 Mạch tổ hợp chưa rút gọn 4.2 Cho bảng chân lí A 0 0 1 1 Dùng phần tử logic để thành lập mạch thực hàm Q1(A,B,C) (Thực KIT thí nghiệm mạch logic) b) Dùng mạch dồn kênh (MUX) với đầu vào thông tin (74LS151) để thực hàm Q1 (Thực đấu nối Testboard) c) Dùng phần tử logic để thành lập mạch thực hàm Q2(A,B,C) (thiết kế giấy) a) d) Dùng mạch giải mã “1 từ 16” hay gọi mạch “vào 16”- IC 74LS154 phần tử NANDgiấy) đầu vào(IC 74LS20) để thành lập mạch thực hàm Q1 Q2 (thiết kế 4.3 Câu hỏi mở rộng: a) Nếu khơng có MUX đầu vào thơng tin IC74LS151 thành lập từ MUX đầu vào thông tin IC74LS153 (thiết kế giấy) b) Hãy thành lập mạch giải mã “1 từ 32”(giải mã vào 32) từ IC 74LS154 (thiết kế giấy) Quy trình: - - - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho việc đọc giá trị điện trở, sơ đồ chân linh kiện Hướng dẫn sinh viên lắp ráp linh kiện testboard KIT thực hành – thí nghiệm mạch logic Hướng dẫn sinh viên bước thiết kế sơ đồ mạch số sử dụng phần tử logic Các yêu cầu cần đạt Sinh viên sau thực hành – thí nghiệm Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh với nội dung tìm hiểu; - Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm - - - Chỉnh định tham số điều khiển có; Tiến hành thực hành – thí nghiệm; Quan sát đèn thị, đồng hồ Nhận xét so sánh với nội dung học; kiểm nghiệm tính mạch Xử lý số tình cán hướng dẫn đề nghị; Đề xuất ý kiến cá nhân; Nộp báo cáo ghi chép thơng số rút từ thực hành – thí nghiệm Bài 3: Xây dựng mạch dao động đếm 1) Mục tiêu 1.1 Đấu nối mạch dao động theo sơ đồ 1.2 Xây dựng đếm với hệ số đếm dựa vào kiến thức học đếm 1.3 Luyện cho học sinh kỹ xây dựng lắp ráp mạch điện tử 1.4 Giúp sinh viên hiểu sâu kiến thức học kỹ xây dựng mạch 2) Công tác chuẩn bị sinh viên 2.1 Đọc kỹ lại phần lý thuyết giảng viên giảng lớp, tài liệu hướng dẫn thực hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị phịng thực hành – thí nghiệm 2.2 Tìm hiểu cổng logic bản, IC chuyên dụng; cách phân tích, thiết kế đếm 3) Trang thiết bị cần thiết - Card logic test (test board); - IC 74LS00, IC 555, IC 74LS192, IC 7447; - Led đơn, led đoạn; Đồng hồ vạn - Tụ điện chiều loại 10 F, 100 F (giá trị tụ điện điều chỉnh để tín hiệu đầu thoả mãn yêu cầu ra); điện trở loại - Dây đồng lõi loại nhỏ N4)ộCácidung:nội dung qui trình 4.1 Xây dựng mạch dao động (Sinh viên thực hai phần 4.1a 4.1b) 4.1a Xây mạch testboard) dao động từ phần tử NAND (Xây dựng Xây dựng mạch dao động tạo sóng vng: Q1 Q2 Hình 3.1 Sơ đồ mạch dao động sử dụng phần tử NAND Bằng cách chọn giá trị điện trở hợp lý cho trạng thái cổng (có điện nhỏ 0.8V) mà vùng tuyến tính (giữa 0.9V 1.6V TTL) để nạp tụ điện C1,C2 khiến cho ngõ vào chuyển mạch logic Chú ý: Chọn R1=R2=R; C1=C2=C dạng sóng thu đối xứng,Tần số f=1/2(R+R3)C 4.1b Tạo mạch dao động sử dụng Timer 555 theo sơ đồ (Xây dựng testboard) Mạch dùng điện trở tụ điện để xác định tần số chu trình làm việc tín hiệu Khi vừa cấp nguồn 5V, tụ điện điện 0V tức ngưỡng Vcc/3 Mức thấp tồn ngõ lật (Triger) làm cho Timer 555 lật ngõ lên cao, đồng thời tụ nạp hướng Vcc qua hai điệ n trở R1và R2, tụ nạp đến điện tụ ngưỡng 2Vcc/3 FlipFlop lật trạng thái ngõ xuống thấp (xấp xỉ 0V) Lúc transistor T2 dẫn tụ phóng điện qua điện trở R2 hướng 0V Khi điện tụ ngưỡng Vcc/3 FlipFlop trở lại trạng thái ban đầu ngõ lên cao, transistor T2 ngưng tụ lại nạp lên hướng Vcc Kết ngõ ta thu đượ c tín hiệu xung vuông 555 Gnd Trg Out Rst Hình 3.2 Mạch dao sử dụng IC 555 động 4.2 Thiết kế đếm đồng bộ, thuận, Kđ = 10 sử dụng IC 74192 (Xây dựng Testboard ) 4.3 Thiết kế đếm đồng bộ, thuận, Kđ = 10, sử dụng JK-FF (Thiết kế giấy) Kiểm chứng kết có thoả mãn bảng chân lý hay không Chú ý: đầu vào lấy giá trị logic “0” “1” đượ c thực cách kết nối với đầu SW REGISTER module 4.4 Câu hỏi mở rộng: - Sử dụng IC 74192 đê xây dựng đếm có hệ số đếm Kđ=100, Kđ=1000 (thiết kế giấy) Từ mạch đếm xây dựng, thiết kế đếm ngược, đếm với hệ số đếm (thiết kế giấy) - Quy trình: - Giảng viên giới thiệu, hướng dẫn cho việc đọc giá trị điện trở, sơ đồ chân linh kiện - - 5) - - - - - Hướng dẫn sinh viên lắp ráp linh kiện testboard Hướng dẫn sinh viên bước thiết kế sơ đồ mạch Các yêu cầu cần đạt sinh viên sau thực hành – thí nghiệm Quan sát thiết bị, nhận dạng thiết bị, so sánh với nội dung tìm hiểu; Tiến hành nối dây lắp ráp mạch thực hành – thí nghiệm; Chỉnh định tham số điều khiển có; Tiến hành thực hành – thí nghiệm; Quan sát đèn thị, đồng hồ Nhận xét so sánh với nội dung học; Xử lý số tình cán hướng dẫn đề nghị; Đề xuất ý kiến cá nhân; Nộp báo cáo ghi chép thông số rút từ thực hành – thí nghiệm Sơ đồ chân số IC thực hành – thí nghiệm Vcc D4 D5 D6 D7 A 4Y 3B B 3A C Vcc 4B 4A 3Y 74LLS151 d3 d2 d1 Vcc Y0 Y2 74LS138 B C A Vcc Gnd 74LLS20 1A 1B NC 1C 1D 1Y Gnnd Vcc f g a b c d e A Gnd 74LLS47 B C 74LS192 LT RB/OP RB/IP D LM3 24 10 ... hành hư? ?ng d? ?n chung cho lớp Module th? ?c hành – thí nghiệm, d? ?ng c? ??, n? ??i quy, quy định an t? ?n ph? ?ng th? ?c hành – thí nghiệm - Hư? ?ng d? ?n nhóm ti? ?n hành n? ??i dung yêu c? ??u th? ?c hành – thí nghiệm - 6)... d? ?ng th? ?c hành – thí nghiệm theo yêu c? ??u giấy trư? ?c lắp mạch thật Chu? ?n bị giấy để ghi lại kết th? ?c hành – thí nghiệm C? ?n phụ trách hư? ?ng d? ?n th? ?c hành – thí nghiệm - C? ?n hư? ?ng d? ?n ti? ?n hành hư? ?ng. .. vi? ?n gi? ?ng lớp, tài liệu hư? ?ng d? ?n th? ?c hành – thí nghiệm, đối chiếu với thiết bị ph? ?ng th? ?c hành – thí nghiệm C? ?c n? ??i dung, quy trình N? ??i dung: (Sinh vi? ?n th? ?c ba 2.2 Tìm hiểu hoạt đ? ?ng ph? ?n tử