Đang tải... (xem toàn văn)
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MÔN HỌC KỸ THUẬT XUNG SỐ NGÀNH, NGHỀ KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định[.]
ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP TRƢỜNG CAO ĐẲNG CỘNG ĐỒNG ĐỒNG THÁP GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: KỸ THUẬT XUNG SỐ NGÀNH, NGHỀ: KỸ THUẬT SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số /QĐ-CĐCĐ ngày tháng năm 20… Hiệu trưởng trường Cao đẳng Cộng đồng Đồng Tháp) Đồng Tháp, năm 2017 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN: Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên 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 Cùng với tiến khoa học công nghệ, Các thiết bị điện tử tiếp tục ứng dụng ngày rộng rãi mang lại hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế kĩ thuật đời sống xã hội Việc gia công xử lý tín hiệu thiết bị điện tử đại dựa sở nguyên lý số thiết bị làm việc dựa sở nguyên lý số có ưu điểm hẳn thiết bị điện tử làm việc theo nguyên lý tương tự, đặc biệt lĩnh vực tính tốn Bởi hiểu biết sâu sắc Kỹ thuật xung - số thiếu công nhân, cán kỹ thuật điện tử Nhu cầu hiểu biết kỹ thuật xung - số không chi phải riêng công nhân, cán kỹ thuật điện tử mà nhiều cán kỹ thuật ngành khác có sử dụng thiết bị điện tử Để đáp ứng nhu cầu Trường Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Nghệ dã biên soạn giáo trình nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy học môn kỹ thuật xung số trường đồng thời giúp cho cán kỹ thuật, công nhân kỹ thuật có điều kiện củng cố nâng cao kiến thức ngành nghề MỤC LỤC Bài mở đầu: Các khái niệm kỹ thuật xung số Khái niệm chung Các phương pháp biến đổi dạng xung Các mạch xén-mạch ghim Bài 1: Các mạch tạo xung 1.Mạch dao động đa hài không trạng thái bền 2.Mạch dao động đa hài trạng thái bền 3.Mạch dao động đa hài hai trạng thái bền 4.Mạch dao động blocking 5.Mạch tạo xung dùng Op-amp 6.Mạch dao động tích dùng UJT 7.Vi mạch đinh thời IC 555 Bài 2: Kỹ thuật số - hệ thống số đếm 1.Tổng quan logic số 2.Mã hoá - giải mã 3.Mạch logic tổ hợp - đại số boole 4.Các cổng logic IC số Bài 3: Mạch Flip – Flop ứng dụng 1.Các loại mạch flip – flop 2.Mạch ghi dịch 3.Mạch đếm Bài 4: Chuyển đổi tƣơng tự số 1.Mạch chuyển đổi tương tự - số 2.Mạch chuyển đổi số - tương tự 3.Sơ lược nhớ TÀI LIỆU THAM KHẢO 7 17 28 33 34 38 42 44 45 49 51 61 61 66 69 79 101 101 109 112 134 134 136 138 141 MÔN HỌC: KỸ THUẬT XUNG SỐ Mã mơ Đun: MH 16 Vị trí, ý nghĩa, vai trị mơn học: - Vị trí: Mơ đun bố trí sau mơn học chung Học trước mơn học/ mơ đun đào tạo chun ngành - Tính chất: Là mô đun tiền đề cho môn học chuyên ngành + Là mô đun bắt buộc - Ý nghĩa, vai trị mơ đun: Là mơ đun thiếu nghề Sửa chữa, lắp ráp máy tính Mục tiêu mơ đun: - Hiểu dạng tín hiệu xung phương pháp biến đổi dạng xung - Hiểu hệ thống mạch tương tự, mạch số - Thực chuyển đổi tương tự - số - Thực chuyển đổi số - tương tự - Thực mạch ứng dụng kỹ thuật xung số - Lắp ráp, sửa chữa mạch tạo xung - Tụ tin việc tiếp xúc, sửa chữa thiết bị điện tử máy tính sử dụng kỹ thuật xung số - Tạo tính cẩn thận cho sinh viên tiếp cận thiết bị sử dụng kỹ thuật xung số Mã Tên chƣơng mục/bài MH 16 - 01 Các khái niệm kỹ thuật xung số MH 16 - 02 Các mạch tạo xung MH 16 - 03 Kỹ thuật số - hệ thống số đếm MH 16 - 04 Mạch Flip-Flop ứng dụng MH 16 - 05 Chuyển đổi tƣơng tự số Thời lƣợng Tổng Lý Thực số thuyết hành 4 32 32 28 20 15 15 12 15 14 13 10 Kiểm tra 3 BÀI MỞ ĐẦU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG SỐ MÃ BÀI : MH 16-01 Mục tiêu: - Hiểu khái niệm kỹ thuật xung số - Trình bày phương pháp biến đổi dạng xung - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ Nội dung : Khái niệm chung Mục tiêu: - Trình bày khái niệm kỹ thuật xung số 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 vng Hình 1.2: Tín hiệu hình * 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 ) t (u,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 ) (u,t) (u,t) t t Hình 1.4: Cáct dạng xung mạch điện đƣợc thiết kế t 1.1 Các thông số a Các tham số xung điện: Dạng xung vng lý tưởng trình bày U, I off t on Hình 1.5: Các thông 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 cơng thức: Q= T Ton (1.3) - Hệ số đầy xung nghịch đảo độ rỗng, tính theo cơng 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 dịng, đủ cơng suất, cung cấp cho tải + Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, xung vuông, 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 khơng thẳng đứng cách lí tưởng Do thời gian xung tính theo cơng thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung 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 mô tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc ta thấy vach nằm song song (Hình 1.7b) khơng 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 (Hình 1.7c) Hình 1.7: Xung vng hình máy sóng Xung vng lý tưởng xung vng tăng thời gian quét c) xung vuông giảm thời thời gian quét Giá trị đỉnh xung giá trị tính từ đỉnh xung liền kề (Hình 1.7) U, I t Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung Cực tính xung giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung.Hình1.9: U, I U, I t t xung dương xung âm Hình 1.9: Các dạng xung dƣơng xung âm b Chuỗi xung: Trong thực tế xung điện tảng kỹ thuật điều khiển Các thiết bị điều khiển đời điều khiển mạch điện có chức đơn giản thường cần điều khiển xung Trong chuỗi xung, xung có hình dạng giống biên độ Nếu chuỗi xung tạo liên tục trình làm việc gọi chuỗi xung liên tục Nếu chuỗi xung tạo khỏang thời gian định gọi chuỗi xung gián đọan Đối với chuỗi xung gián đọan, ngồi thơng số xung cịn có thêm thơng số: - Số lượng xung chuỗi, - Độ rộng chuỗi xung, - Tần số chuỗi xung U, I U, I t t a) b) Hình 1.10: Chuỗi xung liên tục (a) chuỗi xung gián đoạn (b) 1.2 Các hàm 1.2.1 Hàm R – L – C 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 dòng 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 1.11: 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 1.2.2 Hàm tích phân: Hàm tích phân mạch mà điện áp vo(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian điện áp vào vi(t) Ta có: vo(t) = K vi(t) (1.6) Trong K hệ số tỉ lệ Mạch tích phân RC: R Vi Vo C Hình 1.12: Mạch tích phân RC Mạch tích phân RC mạch lọc thấp qua dùng RC Tần số cắt mạch lọc là: fc 2RC (1.7) Xc 2fiC (1.9) Do điện áp vào Vi hàm biến thiên theo thời gian nên điện áp điện trở R tụ điện C hàm biến thiên theo thời gian Ta có: Vi(t) = VR(t) + VC(t) (1.8) Xét mạch điện trường hợp nguồn điện áp vào Vi có tần số fi cao so với tần số cắt fc Lúc dung kháng XC có trị số nhỏ Như vậy: Nếu f >> fc R >> Xc 2RC 2fiC Suy ra: VR(t) >> VC(t) dịng i(t) qua R C Điện áp tụ C tính theo cơng thức: Vc i(t)dt C (1.10) Như điện áp tụ C điện áp từ ta có điện V0(t) Vo Vi(t)dt RC (1.11) b Điện áp vào tín hiệu xung vng: Khi điện áp vào tín hiệu xung có chu kỳ T i xét tỷ lệ số thời gian RC so với Ti để giải thích dạng sóng theo tượng nạp xả tụ Vi(t ) t Ti Vo(t) VP(t) t Vo(t) VP(t) Khi