Hướng dẫn thí nghiệm điện tử 2 Trường ĐH Công nghệ Sài Gòn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ SÀI GÒN Hướng dẫn THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ STU 10 – 2015 TÀ I LIỆU LƯU HÀ NH NỘI BỘ MỤC LỤC Bài 1: MẠCH KHUẾCH ĐẠI DÙ NG BJT……………………………………1 Bài 2: GHÉP TẦNG KHUẾCH ĐẠI……………………………………… 13 Bài 3: VI MẠCH OP-AMP……………………………………………………20 Bài 4: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ…………………………………………… 32 Bài 5: ĐIỀU KHIỂN PHA…………………………………………………….45 Bài 6: CHỈ NH LƯU CHÍ NH XÁC……………………………………………63 Bài 7: MẠCH LỌC TÍ CH CỰC………………………………………………78 Bài 8: VI MẠCH 555………………………………………………………… 90 STU 10 – 2015 TÀ I LIỆU LƯU HÀ NH NỘI BỘ Bài 01 Bà 03 PHẦN : NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN ĐẾN THÍ NGHIỆM MỤC ĐÍCH CỦA THÍ NGHIỆM Mục đích thí nghiệm giúp SV hiểu vận dụng kiến thức sau :  Các dạng mạch khuếch đại tín hiệu bé dùng Transistor (mạch ghép C-E; C-C C-B)  Vai trò phân cực DC cân chỉnh phân cực DC  Khảo sát độ lợi áp dạng mạch KĐ ghép C-E; C-C C-B  Khảo sát tượng méo phi tuyến mạch KĐ NHỮNG KIẾN THỨC LIÊN QUAN 2.1 Chế độ khuếch đại Transiostor vai trò phân cực DC Trong phần lý thuyết liên quan 1, ta giới thiệu số vấn đề Transistor Trong thí nghiệm này, lý thuyết liên quan chủ yếu chế độ khuếch đại Transistor vấn đề méo phi tuyến Như biết 1, chế độ khuếch đại Transistor chế độ làm việc mà dòng điện cực C (dòng IC) khác chưa đạt mức tối đa Khi có biến thiên dòng cực B (dòng IB) IC biến thiên với quy luật ta có IC = .IB Do ta nói Transistor làm việc chế độ khuếch đại Để xem xét vấn đề cách tổng quát hơn, ta xét mạch điện sau với điện trở RC, RE mắc nối tiếp với Transistor +Vcc Rc … B IB IC C + VRC=IC.RC + VCE - E RE Ta có phương trình : IE + VRE=IE.RE - Vcc  I C RC  VCE  I E RE  VCE  Vcc  I C RC  I E RE (*) Giaû sử Transistor làm việc chế độ khuếch đại, ta có mối quan hệ: IC = .IB IE = IC + IB = (+1).IB  IC    1  .I C  hay I E   IE      Bài Mạch kh́ ch đại dùng BJT Từ phương trình (*) viết lại thành :    1   .I C R E  Vcc  I C  RC  R E  R E  (**) VCE  Vcc  I C RC         Quan hệ cho thấy VCE giảm dòng IC tăng ngược lại Phương trình (**) viết lại dạng : IC    1 R C    .R E   VCE  Vcc  1 R C    .R E   Đây phương trình đường tải DC mô tả mối quan hệ dòng điện IC theo điện áp VCE Đường tải cắt trục VCE Vcc cắt trục IC Vcc  1 R C    .R E   Điểm bão hoà thực tế Điểm bão hoà lý tưởng Dòng Icmax thực tế Dòng Icmax lý thuyết Điểm làm việc lý tưởng chế độ khuếch đại IC B Vcc   RC    .RE S    ICQ Đư ờn g ta ûi D Khoảng dự trữ tăng IC C Điểm ngưng dẫn Q Khoảng dự trữ giảm IC A VCEQ VCE Vcc Giá trị VCES thực tế (0,1  0,4V) Điểm làm việc Transistor phụ thuộc vào dòng điện kích thích (dòng IB) Khi IB = 0, Transistor không dẫn điện điểm làm việc có vị trí trùng với A, IC = VCE = Vcc Khi IB lớn đến mức làm cho IC đạt cực đại, dòng IC lúc tăng thêm tiếp tục tăng IB, điểm làm việc lúc có vị trí gần với điểm B (trường hợp lý tưởng trùng với điểm B), I C  Icmax VCE  Trường hợp Transistor trạng thái bão hoà Bài Mạch kh́ ch đại dùng BJT Điểm phân cực tối ưu chế độ khuếch đại đường tải, khoảng dự trự tăng khoảng dự trữ giảm nhau, khả khuếch đại tín hiệu xoay chiều lớn Vai trò mạch phân cực DC Mạch phân cực DC có nhiệm vụ tạo dòng điện IB phù hợp cho điểm làm việc tónh có vị trí tối ưu Có thể có nhiều dạng mạch phân cực DC : dùng mạch cầu phân áp; dùng điện trở nối từ cực B lên nguồn Vcc, dùng điện trở hồi tiếp từ cực C Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng Điều SV phân tích phần lý thuyết 2.2 Nguyên lý làm việc mạch khuếch đại dùng Transistor Các mạch khuếch đại tín hiệu dùng Transistor có nguyên lý chung tín hiệu bé cần khuếch đại cộng với điện áp DC mạch phân cực tạo cực B làm IB dao động theo quy luật tín hiệu Sự dao động dẫn đến dao động dòng điện IC kéo theo dao động VCE Vì IC lớn gấp  lần IB nên kết dao động VCE lớn nhiều lần so với tín hiệu kích thích, điều có nghóa tín hiệu khuếch đại Để minh hoạ nguyên lý này, ta xét mạch khuếch đại ghép E chung sau : +Vcc Nguồn DC phân cực cho mạch RB1 RC + VCE - Tín hiệu AC cần khuếch ñaïi + - RB2 RE Bài Mạch kh́ ch đại dùng BJT Dòng IC Lúc có tín hiệu Dòng IC Lúc tín hiệu IC B Vcc  1 RC    .RE S   Đư ờn g ta ûi D C Khoảng dự trữ tăng IC Q ICQ Khoảng dự trữ giảm IC time VCE A VCEQ Vcc Doøng IB lúc tín hiệu Dòng IB lúc có tín hiệu Tín hiệu cần KĐ VCE lúc tín hiệu time VCE lúc có tín hiệu 2.3 Hiện tượng méo phi tuyến Khi phân cực cho mạch khuếch đại lớp A, dòng điện IB tónh tính toán cho dòng IC mức trung bình Thông thường ta biến đổi tương đương mạch phân cực Transistor dạng sau : +Vcc Trường hợp này, phương trình ngõ vào : VBB  I B RB  VBE  I E R E RC RB VBB + - Do IC = .IB vaø IE = IC + IB neân IE = (+1).IB IC IB RE IE + VCE - Từ ta có : VBB  I B RB  VBE    1.I B R E    VBE  I B RB    1R E  IB   VBB  VBE R B    1R E Bài Mạch khuế ch đại dùng BJT Hay viết dạng khác : IB   VBB VBE  R B    1.R E R B    1.R E (*) Phương trình mô tả quan hệ dòng điện IB với điện áp VBE VBB cố định Điểm làm việc ứng với VBE không đổi nhờ mạch phân cực DC gọi điểm tónh, giao điểm đường thẳng có phương trình (*) với họ đặc tuyến ngõ vào (do NSX cung cấp) IB V đk/R B Điểm làm việc V BE V đk Khi có tín hiệu xoay chiều tác động, điện áp VBE thay đổi dẫn đến dòng điện IB thay đổi minh hoạ nhö sau : Bài Mạch khuế ch đại dùng BJT IB IB Đặc tuyến ngõ vào NSX cung cấp Đoạn đặc tuyến làm việc Đặc tuyến DC ngõ vào VBE 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 VBE time 0 Điểm làm việc tónh time VBE thay đổi có tín hiệu xoay chiều Dòng IB biến thiên không bán kỳ (méo phi tuyến) Dòng IB bị méo dẫn đến hậu dòng IC bị méo dạng tín hiệu áp ngõ bị méo (không đồng dạng với tín hiệu ngõ vào) Nguyên nhân dẫn đến méo phi tuyến đoạn đặc tuyến làm việc không tuyến tính Hiện tượng méo phi tuyến không xảy :  VBE biến thiên bé ứng với tín hiệu vào có biên độ bé Khi đoạn đặc tuyến làm việc ngắn gần thẳng (tuyến tính), biến thiên dòng IB xảy bán kỳ nhờ tín hiệu không bị méo  Điểm làm việc tónh nằm sâu đoạn tuyến tính đường đặc tuyến IB-VBE Trường hợp dòng điện IB tónh lớn dòng IC tónh lớn dẫn đến hiệu suất mạch khuếch đại giảm (do công suất tiêu tán trạng thái tónh lớn) Như mạch khuếch đại dùng Transistor dùng tốt cần khuếch đại tín hiệu xoay chiều biên độ bé (cỡ vài mV đến vài chục mV) Trường hợp tín hiệu vào có biên độ lớn, tín hiệu ngõ bị méo dạng méo phi tuyến Bài Mạch khuế ch đại dùng BJT PHAÀN : NỘI DUNG VÀ TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM CÔNG TÁC CHUẨN BỊ a) Board mạch dụng cụ cần thiết : + Board mạch B3 + Đồng hồ đo vạn V.O.M + Dây đo dao động ký (3 sợi) + Dây nối nguồn DC b) Công tác kiểm tra + Kiểm tra V.O.M + Kiểm tra nguồn điện DC 9V tủ TRÌNH TỰ THỰC HIỆN THÍ NGHIỆM : Khảo sát phân cực DC + 9v A + Vcc Rc Ic RB1 Q1 IB RB2 IE + - VCE RE - Cấp điện DC từ tủ nguồn cho mạch thí nghiệm : Vcc = 9V Dùng V.O.M thị số, đo dòng Ic Dùng V.O.M kim đo điện áp VCE Chỉnh RB2 để khảo sát quan hệ IC -VCE, ghi số liệu vào bảng sau : Dòng Ic (mA) 0,1 Xem bắt đầu có dòng Ic 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 AÙp VCE (V) AÙp VBE (V) Bài Mạch khuế ch đại dùng BJT 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0  Dựa vào số liệu bảng, vẽ quan hệ IC - VCE giải thích  Với giá trị ngưỡng VBE bao nhiều Transistor bắt đầu dẫn ?  Từ lúc xuất dòng IC đến IC đạt giá trị cực đại, điện áp VBE thay đổi nhiều hay ít, taïi ? IC [mA] VCE [V] 0 THÍ NGHIỆM : Khảo sát mạch khuếch đại ghép E chung + 9v Rc RB1 Vcc Cin + Co + Q1 vin vo RB2 RE + RL CE Bài Mạch lọc tích cực HÍ NGHIỆM : Khảo sát mạch lọc dãi hẹp -40dB/decade Butterworth Low-pass Filter 40dB/decade Butterworth High-pass Filter C +9V U1A R R LM324 C - 11 C C + in1 STU 0,5R out1 in2 U1B LM324 R 2R 11 out2 R GND C B7 B8 U2A R C in3 Rr + LM324 - U2B + LM324 11 - V2 R 10 + R 11 2R U2C LM324 - V1 11 R V0 R -9V Narrrowband Band-pass Filter Buffer Mạch lọc dãi hẹp Ngõ vào Adder Ngõ Chỉnh biến trở Rr vị trí trung bình Cấp đến ngõ vào mạch tín hiệu sin, biên độ 4V Dùng dao động ký đo đồng thời tín hiệu ngõ vào mạch, điều chỉnh tần số tín hiệu vào tín hiệu ngõ đạt giá trị lớn (tại tần số cộng hưởng), vẽ lại quan hệ tín hiệu vào/ lúc Nhận xét quan hệ biên độ pha tín hiệu vào tần số cộng hưởng mạch 88 Mạch lọc tích cực Bài Thử dịch chuyển tần số tín hiệu vào xung quanh tần số cộng hưởng để xem tín hiệu nào, tìm tần số biên đáp ứng biên độ 70% đáp ứng max, từ suy dãi thông mạch, so sánh với lý thuyết Thử điều chỉnh tần số cộng hưởng cách chỉnh biến trở Rr, tần số cộng hưởng thay đổi Rr tăng, giảm, dùng công thức lý thuyết để giải thích Kiểm tra lại dãi thông điều chỉnh tần số cộng hưởng, dãi thông có thay đổi điều chỉnh Rr hay không, so sánh với lý thuyết THÍ NGHIỆM : Ứng dụng lọc dãi hẹp khử nhiễu Thực lại thí nghiệm bước từ đến Tại tần số cộng hưởng, đo đồng thời tín hiệu nút V1, V2 mạch, quan sát quan hệ biên độ pha hai tín hiệu Đo tín hiệu ngõ Vo mạch cộng, từ cho biết tín hiệu vào In3 có chứa thành phần tần số trùng với tần số cộng hưởng thành phần có xuất ngõ Vo hay không Từ kết thí nghiệm trên, giả thuyết tín hiệu thoại bị nhiễm nhiễu 50Hz lưới điện Hãy thiết kế mạch khử nhiễu 89 Bài Vi mạch 555 Bài 08 IC 555 vi mạch định thời nhiều hãng chế tạo với mã hiệu thương mại : LM555 (National); HA17555 (Hitachi); uA555 (Fairchild); NE555 SE555 (Signetics) Kiểu vỏ phổ biến loại hàn xuyên lớp, vỏ Plastic chân hình 5.32 555 IC định thời dùng phổ biến, họ với 555 có IC định thời 556 (tương đương với IC 555 vỏ 14 chân) Nguồn cấp điện cho IC 555, 556 tối đa +18v Vcc chân nối với nguồn (+) GND chân nối mass Hình 5.32 : Sơ đồ bố trí chân kiểu vỏ phổ biến IC 555 Hình 5.33 : Sơ đồ bố trí chân dạng vỏ phổ biến IC 556 (Dual 555) 90 Bài Vi mạch 555 Sô đồ khối bên IC 555 Discharge (xả) Ucc Reset (xoá) Q1 Qxả 5k Threshold (ngưỡng) Control (điều khiển) Trigger (kích) + Mạch so áp 2Ucc - + Mạch so áp 5k Q - GND (noái mass) S 5k Ucc 1,4v R Out (ngõ ra) Mạch đệm đảo Mạch Flip Flop S-R 555 Hình 5.34 : Sơ đồ khối bên IC 555 Ba điện trở 5k mắc nối tiếp tạo thành cầu phân áp chia điện áp cấp nguồn (Ucc) thành phần Vì điện áp ngõ vào (-) mạch so áp 2Ucc/3 ngõ vào (+) so áp Ucc/3 Điện áp ngõ so áp hai trạng thái:  Xấp xỉ điện áp nguồn Ucc U(+) > U(-), ta gọi mức [1]  Xấp xỉ 0v U(+) < U(-), ta gọi mức [0] Ngõ mạch so áp nối đến đầu S R mạch Flip-Flop (FF) để điều khiển FF Hoạt động mạch FF xảy với khả sau:  Khi S = R = ngõ Q không đổi dẫn đến trạng thái ngõ không đổi  Khi S = R = ngõ Q mức [0] ngõ Out có điện áp +Usat  Khi S = R = ngõ Q mức [1] ngõ Out có điện áp xấp xỉ 0v Trong đa số trường hợp ứng dụng, chân số IC không sử dụng nối qua tụ điện 0,1uF xuống mass nhằm mục đích chống nhiễu từ môi trường IC Điện áp chân lúc 2/3 mức Ucc Chân số chân số nối chung với điện áp điều khiển đưa đến điểm chung Ta gọi điện áp tác động lên điểm nối chung U6,2 Khi U6,2 tác động vào mạch so áp ảnh hưởng đến trạng thái tín hiệu S R, ảnh hưởng đến trạng thái ngõ Out 91 Bài Vi mạch 555 Khi ngõ Out mức thấp tương ứng bên IC ta có ngõ Q Flip-Flop mức cao Transistor Qxả dẫn điện bão hoà nối tắt chân số xuống mass (nối từ bên IC) Lúc điện áp chân xấp xỉ 0v Ngược lại ngõ Out trạng thái mức cao ngõ Q Flip-Flop mức thấp Qxả dẫn, chân số trở nên có tổng trở vào vô lớn xem bị hở mạch (phía IC) Chân số ngõ vào RESET, tín hiệu ngõ vào có điện áp nhỏ 0,7v Transistor Q1 dẫn bão hoà làm cho điện Q khoảng 1,4v, mức áp đủ làm cho ngõ Out mức thấp Transistor Qxả bão hoà nối tắt chân xuống mass Như tín hiệu RESET mức thấp ngõ Out IC chân số có mức điện áp thấp bất chấp tín hiệu điều khiển khác Khi không dùng chức RESET ngõ vào RESET nối lên nguồn Ucc bỏ hở Tóm lại hoạt động IC 555 tóm lượt sau: Khi ngõ vào RESET có mức điện áp thấp 0,7v nối mass ngõ Out chân có điện áp xấp xỉ 0v bất chấp ngõ vào khác Khi ngõ vào RESET nối lên nguồn Ucc bỏ hở phải xét tín hiệu chân để biết trạng thái ngõ Out chân số Cụ thể sơ đồ sau: U6,2 Ucc 2Ucc Ucc 0v + Ta coù S = 1; R = + Ngõ Out thấp xấp xỉ 0v + Chân có điện áp xấp xỉ 0v + Ta có S = 0; R = + Ngoõ Out có trạng thái không đổi + Trạng thái chân tuỳ thuộc vào ngõ Out + Ta có S = 0; R = + Ngõ Out mức cao +Usat gần Ucc + Chân có tổng trở vào vô lớn Hình 5.35 CÁC MẠCH CƠ BẢN CỦA IC 555 : Mạch ứng dụng IC 555 phong phú, tài liệu ta giới thiệu số ứng dụng với mục đích hiểu rõ hoạt động IC 555, từ thiết kế mạch khác tương tự đọc hiểu mạch ứng dụng 555 tài liệu kỹ thuật Mạch TRIGGER SMITTH : Mạch Trigger Smitth mạch chuyên dùng để chuyển đổi dạng sóng không vuông thành dạng xung vuông với đặc tính chống nhiễu tốt Mạch hoạt động với mức điện áp gọi mức UT(+) UT(-) Mức UT(+) gọi điện áp ngưỡng UT(-) gọi điện áp ngưỡng Trigger Smitth Khi tín hiệu vào mạch có biên độ thay đổi ngõ mạch đổi trạng thái trường hợp sau: 92 Bài Vi mạch 555  Tín hiệu tăng từ mức UT(+) lên mức UT(+)  Tín hiệu giảm từ mức UT(-) xuống mức UT(-) Trong trường hợp khác, tín hiệu đầu mạch không đổi Tín äu ta êng e hi Mức UT(+) Tín hi ệ u m ả gi Mức UT(-) 0v Time Các thời điểm ngõ mạch Trigger Smitth thay đổi trạng thái Các biến thiên nhiễu không ảnh hưởng đến mạch Trigger Smitth Hình 5.36 Một dạng mạch Trigger Smitth dùng IC 555 có sơ đồ nguyên lý hình 5.37 Chân số IC nối mass thông qua tụ 0,1uF Chân chân IC nối chung với ngõ vào mạch Trong trường hợp mức UT(+) 2Ucc/3 mức UT(-) Ucc/3 Khi cần thay đổi mức UT(+) UT(-), người ta mắc thêm điện trở từ chân lên nguồn Ucc từ chân xuống mass, đặc nguồn áp cố định vào chân số Trong trường hợp, ta dựa vào sơ đồ khối trình bày hình 5.34 để xác định lại mức áp Khi tín hiệu vào mạch có mức áp thấp U cc/3 tương ứng U6,2 < Ucc/3 ngõ mạch (chân IC 555) có điện áp mức cao (+Usat  Ucc) Lúc tín hiệu tăng lên mức Ucc/3 thay đổi tín hiệu tăng cao mức 2Ucc/3 ngõ mạch chuyển trạng thái từ mức +Usat xuống mức 0v Khi tín hiệu giảm phải đợi đến giảm thấp mức U cc/3 ngõ mạch đổi trạng thái Mạch Trigger Smitth hình 5.37 thích hợp dùng để chỉnh sửa dạng sóng vuông bị méo dạng truyền qua khoảng cách xa chuyển đổi dạng sóng không vuông thành dạng sóng vuông +5v Tín hiệu vaøo (uin) Vcc Dischrge Reset LM555 Threshold Trigger GND Out Control Tín hiệu (uo) 0.1uF 0 Hình 5.37 Tín hiệu xung vuông truyền qua khoảng cách xa thường bị méo dạng suy hao không đường truyền, nhiễu xâm nhập v.v Kết bị méo dạng đến thiết bị xử lý xử lý trực tiếp Trong trường hợp mạch Trigger Smitth dùng để sửa dạng sóng thành sóng vuông chuẩn trước đưa vào mạch xử lý 93 Bài Vi mạch 555 Ucc 2Ucc Ucc 0v Ucc +Usat 0v Hình 5.38 : Tín hiệu ngõ vào mạch Trigger Smitth (đồ thị bên trên) tín hiệu xung vuông bị méo dạng truyền qua khoảng cách xa Tín hiệu hiệu ngõ mạch Trigger Smitth (bên dưới) dạng xung vuông chuẩn Mạch ON - DELAY : t = t0 Ucc + uC Ucc + - 0v C - Vcc Dischrge Reset LM555 Threshold Trigger Out Ucc +Usat Ucc + uR 0v - R GND t0 Control 1,1RC 0v t0 Hình 5.39 : Sơ đồ nguyên lý mạch ON-DELAY Mạch hình 5.39 gọi mạch ON-DELAY Khi đóng khoá K vào thời điểm t0 sau khoảng thời gian trễ 1,1.RC ngõ mạch có điện áp mức cao Nguyên nhân đóng khoá K tụ C bắt đầu nạp điện với dòng điện hình vẽ Điện áp tụ tăng từ từ theo hàm mũ điện áp R giảm dần theo hàm mũ Tổng uc + uR = Ucc Điện áp R tác động trực tiếp vào ngõ vào 6,2 IC Lúc đầu uR > 2Ucc/3 nên điện áp ngõ IC mức cao (đã giải thích phần trên) Sau lúc đóng khoá K thời gian, điện áp uR giảm dần xuống thấp vào thời điểm uR < Ucc/3 ngõ IC chuyển từ 0v lên mức +Usat (xem hình 5.40) 94 Bài Vi mạch 555 Xem lý thuyết mạch C-R chương ta có phương trình điện áp tụ C R là: uc = Ucc(1- e-t/RC) uR = Ucc.e-t/RC Điều kiện áp dụng phải chọn gốc thời gian t0 tức xem t0 = Như uR = Ucc/3 lúc t nghiệm phương trình: Ucc.e-t/RC = Ucc/3  e-t/RC = 1/3 hay t = ln3.RC  1,1.RC Vậy thời gian DELAY là: TDELAY = ln3.RC  1,1.RC với R [] C [F] 10V Điện áp nguồn Ucc +Usat Điện áp ngõ 5V Ucc uR 0V Time Khoảng trễ = 1,1.RC Hình 5.40 : Quan hệ điện áp mạch ON-DELAY với nguồn Ucc = 9v Một ứng dụng điển hình mạch ON-DELAY RELAY thời gian, khí loại khí cụ điện phổ biến thiếu mạch điều khiển thiết bị điện Một RELAY thời gian dùng mạch điện tử có sơ đồ nguyên lý hình 5.41 AC 220v Biến áp AC 12v D1 Cầu CL C 2200uF + 1N4007 + + C1 2200uF KA7812C IN RELAY DC 12v U1 OUT GND 1k C2 0.1uF VR 100k COM U2 Reset Vcc Discharge NO 555 Threshold Trigger GND NC D2 Output Control R2 4.7k Q1 C2383 RELAY DC 12v C3 0.1uF Hình 5.41 : Sơ đồ nguyên lý loại RELAY thời gian thực tế 95 Bài Vi mạch 555 Nguyên lý hoạt động : Khi mạch cấp điện, điện áp 220v qua biến áp giảm xuống 12V AC Điện áp chỉnh lưu cầu lọc tụ C1 (2200uF – 35v) để có dạng DC phẳng cấp đến ngõ vào IC ổn áp KA7812C Điện áp ngõ IC 12v cấp cho cuộn dây RELAY Như cấp nguồn cho mạch RELAY cấp điện tiếp điểm thường hở đóng lại để nguồn 12v cấp đến mạch ONDELAY Sau thời gian, ngõ IC 555 chuyển từ mức áp 0v lên mức cao +U sat kích Transistor Q1 dẫn, lúc RELAY cấp điện tiếp điểm chuyển trạng thái Như sau cấp điện thời gian RELAY tác động Khoảng thời gian DELAY 1,1.VR.C Với VR = 100k; C = 2200uF thời gian DELAY chỉnh khoảng từ đến 242 giây (xấp xỉ phút) Một ứng dụng khác mạch ON-DELAY dùng để trì trạng thái ON thiết bị dùng điện thời gian sau công tắc nguồn bật sang OFF Một mạch có sơ đồ nguyên lý hình 4.42 Tiếp điểm thường đóng RELAY SW ON BRIDGE Line AC 220v OFF AC 9v - + C N R1 560 C1 2200uF + Vcc 6800uF + LED VR 220k D1 Reset Discharge 555 Threshold Trigger Control GND RELAY DC 12v U1 Out C2 0.1uF R2 4.7k C3 47uF Tải tiêu thụ Q1 C2383 + Hình 5.42 : Mạch trì trạng thái ON thiết bị điện tắt SW nguồn OFF Nguyên lý hoạt động: Khi công tắc SW vị trí ON mạch điều khiển điện RELAY không tác động, tải cung cấp điện bình thường qua công tắc Khi bật công tắc OFF mạch điều khiển có điện, nhiên ngõ Out IC 555 trạng thái 0v thời gian nên thời gian RELAY không tác động tải cấp điện theo đường tiếp điểm thường đóng RELAY Khi hết thời gian trì (bằng 1,1.RC) ngõ Out IC 555 có mức điện áp cao +Usat làm Transistor Q1 dẫn bão hoà RELAY cấp điện, tiếp điểm thường đóng đổi trạng thái sang hở mạch tải bị cắt điện Mạch ứng dụng để điều khiển đèn phòng làm việc công ty, phòng trọ khách sạn ứng dụng tương tự khác Khi nhân viên khỏi phòng tắt đèn đèn sáng thời gian trước tắt, khoảng thời gian 96 Bài Vi mạch 555 tính toán cho nhân viên có đủ thời gian thu xếp công việc lại khoá cửa trước khỏi phòng 2.2.3 Mạch OFF - DELAY : t = t0 Ucc + uR Ucc + R - 0v - Vcc Reset Dischrge LM555 Threshold Trigger Out Ucc Ucc + C uC 0v GND - +Usat Control 1,1RC 0v t0 t0 Hình 5.43 : Sơ đồ nguyên lý mạch OFF – DELAY Trên hình 5.43 sơ đồ nguyên lý mạch OFF-DELAY Ngay mạch cấp điện, ngõ Out có mức điện áp mức cao +Usat sau thời gian điện áp ngõ chuyển xuống mức 0v mạch cấp điện Để ý thấy so với mạch ON – DELAY mạch OFF - DELAY khác điểm vị trí điện trở R tụ C hoán đổi Như đóng khoá K để cấp điện cho mạch điện áp tụ tác động vào ngõ vào 6,2 IC 555 Do lúc đầu uc < Ucc/3 nên ngõ Out có mức điện áp +Usat Theo thời gian uc tăng dần uc tăng lên mức 2Ucc/3 ngõ Out chuyển xuống mức 0v Tại thời điểm ngõ chuyển từ mức cao xuống mức thấp ta có: uc = 2Ucc/3  Ucc(1-e-t/RC) = 2Ucc/3  t = ln3.RC  1,1.RC với R [] C [F] Một ví dụ ứng dụng mạch OFF-DELAY hình 5.44 Tiếp điểm thường hở RELAY ON BRIDGE Line AC 220v AC 9v - + Vcc N R1 560 C1 2200uF VR 220k + LED + C D1 Reset Discharge 555 Threshold Trigger Control GND 6800uF RELAY DC 12v U1 Out R2 4.7k Taûi tiêu thụ Q1 C2383 C2 0.1uF Hình 5.44 : Mạch OFF – DELAY điều khiển tải 220v 97 Bài Vi mạch 555 Nguyên lý hoạt động : Khi nhấn nut ON, biến áp cấp điện chỉnh lưu, tụ lọc làm việc tạo điện áp DC cấp cho mạch IC 555 Ngay cấp điện, ngõ Out có điện áp mức cao +Usat kích dẫn Transistor làm RELAY tác động, tiếp điểm RELAY đóng lại giữ cho dòng điện qua tải di trì buông nút nhấn Sau thời gian di trì 1,1.RC ngõ Out chuyển xuống mức 0v lúc RELAY điện dẫn đến toàn mạch điện Như nhấn nút ON, có dòng qua tải thời gian sau mạch tự động ngắt điện Mạch dùng để điều khiển máy bơm nước hoạt động định thời, điều khiển đèn di trì khỏi phòng làm việc, phòng trọ khách sạn ứng dụng tương tự khác 2.2.4 Mạch dao động tạo xung vuông t = t0 R1 ixả + - Ucc R2 inạp Vcc Qxả Reset LM555 Out 2Ucc +Usat Ucc 0v + C GND t0 Control 0v t0 Hình 5.45 : Sơ đồ nguyên lý mạch dao động tạo xung vuông Nguyên lý hoạt động: Theo sơ đồ nguyên lý mạch ta thấy điện áp tụ cấp vào chân 6,2 IC điện áp điều khiển trạng thái ngõ Out Khi đóng công tắc cấp điện cho mạch vào thời điểm t0, điện áp tụ ban đầu 0v nên điện áp ngõ Out mức cao +Usat Lúc chân IC có tổng trở vào lớn nên toàn dòng điện từ nguồn qua R1 qua R2 nạp cho tụ C Điện áp tụ tăng dần theo hàm mũ Khi điện áp tụ tăng đến ngưỡng 2Ucc/3 bắt đầu lớn ngưỡng (tức lúc U6,2 > 2Ucc/3) ngõ Out chuyển xuống mức 0v tương ứng chân có điện áp 0v Transistor Qxả (bên IC) dẫn bão hoà Lúc điện áp tụ lớn điện áp chân nên tụ không nạp mà bắt đầu xả điện qua R2 đến chân đồng thời dòng điện từ nguồn U cc qua R1 đến chân 7, hợp lưu dòng chảy vào chân qua Transistor Qxả xuống mass Giai đoạn IC hỏng hỏng Qxả dòng từ nguồn Ucc qua R1 lớn (nếu chọn R1 nhỏ) 98 Bài Vi mạch 555 A MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM : Mục đích giúp sinh viên hiểu nguyên lý làm việc IC định thời 555 mạch ứng dụng IC B NỘI DUNG THÍ NGHIỆM : KHẢO SÁT NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA IC 555 : Kiểu mạch ứng dụng nhiều IC 555 mạch hình vẽ sau, chân số chân số IC nối chung với Điện áp ngõ (chân 3) IC hoàn toàn phụ thuộc vào điện áp điều khiển cấp đến chân nối chung (2) (6) Chân số IC nối với cực C Transistor bên IC Transistor dẫn hay ngưng phụ thuộc vào trạng thái tín hiệu ngõ (chân 3) Trong thí nghiệm ta khảo sát vấn đề nói 1.1Khảo sát quan hệ điện áp điều khiển U 6,2 trạng thái ngõ : Thực mạch với vị trí công tắc hình vẽ sau : +9v 1k S R Vcc C Reset Discharge S1 Out S2 555 C R VR 330 Control GND Led 0.1uF Reset 0v Nối dây nguồn cấp điện đến mạch Đóng công tắc S để cấp điện cho mạch dùng V.O.M đo điện áp chân số (6) (2) thực sau :  Chỉnh VR để U6,2 < 1/3 mức áp nguồn (ta gọi Ucc thí nghiệm ta có Ucc = 9v) đo điện áp ngõ (chân số 3) U3 =  Tăng U6,2 từ mức thấp U cc U 2Ucc lên vùng giá trị cc và xem 3 điện áp ngõ có thay đổi không ? 99 Bài Vi mạch 555  Tiếp tục tăng U6,2 lên mức cao 2Ucc đo xem điện áp ngõ lúc ?  Giaûm U6,2 từ mức cao U 2Ucc 2Ucc xuống vùng giá trị cc xem 3 điện áp ngõ có thay đổi không ?  Tiếp tục giảm U6,2 xuống mức thấp U cc xem mức điện áp ngõ ?  Trả lời câu hỏi sau : Khi điện áp đặt chân số tức U6,2 < U cc mức điện áp ngõ ? Khi điện áp đặt chân số tức U6,2 > 2Ucc mức điện áp ngõ ? Khi điện áp U6,2 tăng từ mức U cc U 2Ucc lên vùng giá trị cc 3 điện áp ngõ có thay đổi không ? Khi điện áp U6,2 giảm từ mức U 2Ucc 2Ucc xuống vùng giá trị cc 3 điện áp ngõ có thay đổi không ? 1.2 Khảo sát điện trở chân so với mass :  Chỉnh VR cho ngõ mức cao dùng V.O.M đo điện trở chân số xuống mass, đo que đen V.O.M đặt chân Điện trở đo :  Chỉnh VR cho ngõ mức thấp lặp lại bước đo điện trở chân Điện trở đo :  Nhận xét điện trở chân số mass trường hợp ngõ mức cao ngõ mức thấp 100 Bài Vi mạch 555 KHẢO SÁT MẠCH ON-DELAY :  Thực mạch hình vẽ sau, công tắc vị trí hình vẽ 1k +9v S R Vcc C Reset Discharge S1 Out S2 555 C R VR 330 Control GND Led 0.1uF Reset 0v  Đặt đồng hồ đo điện áp U6,2 đóng S để cấp nguồn cho mạch Quan sát trình biến thiên điện áp U6,2 trạng thái ngõ ra, giải thích 101 Bài Vi mạch 555 KHẢO SÁT MẠCH OFF-DELAY :  Thực mạch với vị trí công tắc hình vẽ sau : 1k +9v S R Vcc C Reset Discharge S1 Out S2 555 C R VR 330 Control GND Led 0.1uF Reset 0v  Đặt đồng hồ đo điện áp U6,2 đóng S để cấp nguồn cho mạch Quan sát trình biến thiên điện áp U6,2 trạng thái ngõ ra, giải thích 102 ... mức điện áp ngõ nhiệt độ tăng 20 0C Chú ý mốc để dừng thí nghiệm bước sau Cấp điện xoay chiều AC 12V đến tải quan sát thay đổi điện áp đo ngõ tầng đệm, dừng thí nghiệm sau điện áp tăng thêm 0,2V... Ghép tầ ng khuế ch đại THÍ NGHIỆM : Phương pháp ghép tầng trực tiếp (Ghép DC) + Rc RB1 vo1=vin2 Cin Vcc Q2 Co Q1 vin vo RB2 RE - + CE RE RL Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm Bước : Dùng dây... vào/ trường hợp méo phi tuyến 10 Bài Mạch kh́ ch đại dùng BJT THÍ NGHIỆM : Khảo sát mạch khuếch đại ghép C chung + 9v + vin Cin + RB1 Q1 + RB2 - Co vo RE RL Trình tự thí nghiệm giống thí nghiệm