Bài tiểu luận : HP kỹ thuật điện tử tương tự ppt

Ta giả thiết mạch là đối xứng thì khi đóng mạch nguồn cung cấp cả haiTranzistor đều thông, dòng điện qua hai Tranzistor là bằng nhau, điện thế trên cựcgóp của các Tranzistor là nh

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

******

BÀI TIỂU LUẬN

HP: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ

KHOA ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

******

TIỂU LUẬN

Đề tài tiểu luận:

Môn học:

Bộ môn:

1.Sinh viên MSSV

2.Sinh viên MSSV

3.Sinh viên MSSV

4.Sinh viên MSSV

5.Sinh viên MSSV

6.Sinh viên MSSV

7.Sinh viên MSSV

8.Sinh viên MSSV

9.Sinh viên MSSV

10.Sinh viên MSSV

Yêu cầu của đề tài: .

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 4

1 Mạch đa hài tự kích dùng tranzistor 4

1.1 Phân tích mạch điện 4

1.1.1 Cấu tạo 4

1.1.2 Sơ đồ mạch đa hài tự kích dùng tranzitor 4

1.2 Nguyên lí hoạt động 4

1.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước 5

1.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim 7

2 Mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán 9

2.1 Phân tích mạch điện 9

2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 10

2.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước 11

2.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim 12

3 Mạch đa hài tự kích dùng IC 555 14

3.1 Phân tích mạch điện 14

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch 16

3.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước 16

3.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim 18

PHẦN III KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ của cách mạng thông tin,ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ nhanh nhất.Những người có trí tưởng tượng phong phú nhất cũng không thể hình dung đượctương lai của ngành điện tử sẽ diễn biến theo chiều hướng nào Các đồ điện tử tin học,các thiết bị thông tin giải trí vừa mới mua sắm đã trở thành lạc hậu, lỗi thời

Linh kiên điện tử càng ngày càng nhỏ bé, vừa tiết kiệm năng lượng vừa tíchhợp nhiều chức năng mạch điện tử vì thế càng ngày càng thay đổi về hình dáng vàcấu trúc Các vi mạch (IC) đời mới chứa được hàng trăm linh kiện, một IC có thể thaythế cho nhiều tầng hay nhiều khối chức năng

Mỗi thiết bị điện tử đều gồm rất nhiều mạch, hầu hết những mạch ấy đều

được cải tiến từ một số mạch cơ bản ban đầu Chỉ cần một thay đổi nhỏ là một mạch

ban đầu có thể biến thành một mạch mới với tính năng mới Bằng cách thay đổi cáchnối dây, thay đổi vị trí hay thêm bớt linh kiện là người ta có thể biến mạch cơ bảnthành hàng trăm mạch mới với nhiều tính năng tác dụng mới

Mạch dao động đa hài cũng là một mạch cơ bản, nó được dùng nhiều trong

hầu hết các thiết bị kĩ thuật số, trong máy thu hình, đầu đĩa, máy tính, trò chơi,đồng

hồ hay các thiết bị quảng cáo trang trí …

Riêng lĩnh vực trang trí, có đến vài chục loại IC chuyên điều khiển các đènchớp sáng hay các chữ chạy nhảy như AN6879, 6877, 6878, 6884, 6891, 6888,6887… các IC này đều được cải tiến từ mạch dao động đa hài dùng Tranzistor

Với sự hướng dẫn của thầy Phạm Duy Khánh, sinh viên nhóm 12 – lớp họcphần H2 xin được trình bày những hiểu biết về mạch đa hài tự kích trong bài viết dướiđây

PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

1 Mạch đa hài tự kích dùng tranzistor

1.1 Phân tích mạch điện

1.1.1 Cấu tạo

Mạch đa hài tự kích dùng Tranzistor có cấu tạo từ hai tầng khuếch đại phụ tải cực góp mắc hồi tiếp với nhau bởi các tụ C1, C2 như hình 1.1a

1.1.2 Sơ đồ mạch đa hài tự kích dùng tranzitor.

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài tự kích và giản đồ thời gian.

Ta giả thiết mạch là đối xứng thì khi đóng mạch nguồn cung cấp cả haiTranzistor đều thông, dòng điện qua hai Tranzistor là bằng nhau, điện thế trên cựcgóp của các Tranzistor là như nhau Tuy nhiên hiện tượng đối xứng tuyệt đối trongthực tế là không tồn tại do có sai số giữa các điện trở, tụ điện, độ tản mạn các tham sốcủa các Tranzistor cùng loại v.v nên một trong hai Tranzistor sẽ dẫn mạnh hơn

ECR

R

T2T

Ngay khi T1 mở bão hoà, T2 khoá chắc chắn thì tụ C2 được nạp theo đường: +EC 

RC2  C2  rbeTr1  mát (âm nguồn EC) Đồng thời với quá trình nạp điện của tụ C2 làquá trình phóng điện của tụ C1: +C1  rceTr1  EC (qua nội trở của nguồn)  RB2  -

C1 Chính quá trình phóng điện của tụ C1 tạo nên một sụt áp âm trên tiếp giáp gốc phát của T2 giữ cho T2 ở trạng thái khóa chắc chắn

Theo thời gian dòng phóng của tụ C1 giảm dần, điện thế trên cực gốccủa T2 bớt

âm dần Khi điện áp UbeTr2  0 thì đèn T2 sẽ thông lại bắt đầu một quá trình hồi tiếpnhư sau:

IC2 tăng  UC2 giảm  UB1 giảm  IC1 giảm  UC1 tăng  UB2 tăng

Kết thúc quá trình hồi tiếp trên, T1 khóa, T2 thông bão hòa bắt đầu quá trình nạp điện của tụ C1 và phóng điện của tụ C2, UC1  EC, UC2  0

Qua các phân tích ở trên ta thấy mạch có thể tự động chuyển từ trạng thái cân bằng không ổn định này sang trạng thái cân bằng không ổn định khác mà không cần tín hiệu kích thích từ ngoài

1.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước

Mạch có hai đầu ra được lấy trên hai cực góp của hai Tranzistor T1 (UC1) và T2

(UC2) UC1, UC2 thực chất là hai dãy xung có biên độ sấp xỉ bằng nguồn nuôi của mạch là EC và UC1 = C2 Chu kỳ T của hai dẫy xung ra này được tính theo biểu thức:

T = 1 + 2

Trong đó : 1 = R1.C1.Ln2  0,7 R1.C1 là hằng số thời gian phóng của C1

2 = R2.C2.Ln2  0,7 R2.C2 là hằng số thời gian phóng của C2

T  0,7.(R1.C1 + R2.C2)

Nếu ta chọn: R1 = R2 = R, C1 = C2 = C thì

T =1,4.R.C

Nhìn vào biểu thức của T ta thấy khi muốn thay đổi tần số xung ra ta chỉ việc

thay đổi điện dung tụ C hoặc giá trị điện trở R Ở hình 1.2, khi ta thay đổi biến trở

WR thì hằng số thời gian phóng nạp của tụ C1 và C2 đều thay đổi, dẫn đến độ rộngxung ra thay đổi

Với cách mắc trên ta có chu kỳ T là: T  1,4.(WR + R).C

Trong mạch ta chọn Tranzistor là loại N-P-N có công suất nhỏ nhưng hệ số khuếchđại lớn như loại Tranzistor silic có nhãn hiệu C828, hoặc C945

Ví dụ 1: Có các số liệu R B1 = R B2 = R = 10kΩ; R C1 = R C2 =1kΩ; C 1 = C 2 = 0,47µF ta

có thể dùng biến trở để tần số xung ra là 50Hz như sau:

f = 50Hz  1

T f

Vậy cần điều chỉnh giá trị của biến trở WR = 20,4 kΩ thì tần số xung ra là 50Hz

Hằng số thời gian phóng của tụ C1 là: τ1 = RB2 .C1.Ln2 ≈ 0,7R1C1

Hằng số thời gian phóng của tụ C1 là: τ2= RB1 .C2.Ln2 ≈ 0,7R2C2

 T ≈ 0,7(R1C1 + R2C2)

Khi C1 ≠ C2 thì τ1 ≠ τ2 các xung ra sẽ là các xung không đối xứng hay nói cách khác độ rộng của 2 xung là khác nhau.

1.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim

Hình 1.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng Tranzistor

Hình 1.4 : Giản đồ điện áp ra U C1 (màu đỏ) và điện áp U B1 (màu xanh)

Hình 1.5 : Giản đồ điện áp ra U C2 (màu đỏ) và điện áp U B2 (màu xanh)

2 Mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán

2.1 Phân tích mạch điện

Để lập các xung vuông tần số thấp hơn 1000Hz sơ đồ đa hài (đối xứng hoặc khôngđối xứng) dùng IC tuyến tính dựa trên cấu trúc của một mạch so sánh hồi tiếp dương

có nhiều ưu điểm hơn sơ đồ dùng Tranzistor đã nêu Tuy nhiên do tính chất tần số của

IC khá tốt nên ở tần số cao việc ứng dụng sơ đồ IC mang nhiều ưu điểm hơn

Hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý (hình 2.1a) và giản đồ thời gian (hình 2.1b) làm việccủa mạch phát xung dùng vi mạch khuếch đại thuật toán

+

_

KĐTT R

0

0

Uc

U r

U _ P

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung (a) và giản đồ thời gian (b).

Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy KĐTT (khuếch đại thuật toán) cùng hai điện trở

R1 và R2 tạo thành một mạch trigơ smit có điện áp ngưỡng lấy trên điện trở R1: uP =

uR1 Điện áp đặt tới đầu vào của trigơ Smit (đầu vào đảo của KĐTT) được lấy trên tụ

C và tuân theo quy luật biến thiên của điện áp trên tụ: UN = UC

Với cách mắc của trigơ smit nói trên cùng mạch R, C như hình vẽ ta được một

mạch dao động tự kích có giản đồ thời gian mô tả hoạt động như hình 2.1b

2.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

Khi điện thế trên đầu vào N (điện áp trên tụ C) đạt tới ngưỡng lật của trigơ Smit thì

sơ đồ sẽ lật trạng thái và điện áp ra đột biến giá trị ngược lại với giá trị cũ Sau đó thếtrên đầu vào N thay đổi theo hướng ngược lại và tiếp tục cho đến khi đạt ngưỡng lậtkhác Quá trình thay đổi UN được điều khiển bởi thời gian phóng nạp của C từ Ur quaR

+ Khoảng thời gian (0  t1) điện áp ra của KĐTT ở giá trị ura = +Ura max

R U

U

2 1

1 max

ra P

2 1

1

RR

uC=U

-P=-.Uramax  sơ đồ lại lật trạng thái  ura=+ Uramax  uc  UP   Uramax , đồngthời tụ C phóng điện theo đường +C  mát  nội trở nguồn  +U  R   -C

Khi điện áp trên tụ giảm về “0” thì tụ được nạp theo chiều ngược lại từ +UCC KĐTT  R  C  mát

2.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước

Qua các phân tích trên ta thấy quá trình phóng và nạp của tụ C đều thông qua điệntrở R trong các khoảng thời gian 0  t1, t1  t2, lúc đó phương trình vi phân để xácđịnh UN(t) có dạng:

.RC

U_U

t max

ra N

U)

t

(

max ra P

1

R R

R

R 2 1 ( Ln C

1 1

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung sử dụng A741.

Nhìn vào biểu thức trên ta thấy: khi muốn thay đổi tần số của dẫy xung ra ta cóthể thực hiện bằng cách thay đổi điện dung của tụ C hoặc thay đổi giá trị điện trở R

Hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý một mạch phát xung dùng khuyếch đại thuật toán dùng

vi mạch A741 có độ rộng thay đổi được nhờ biến trở WR Với mạch này ta có côngthức tính chu kỳ của xung ra như sau:

Hình 2.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán

Hình 2.4 : Giản đồ điện áp U v (màu xanh) và điện áp U ra (màu đỏ)

3 Mạch đa hài tự kích dùng IC 555

3.1 Phân tích mạch điện

Khối phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dãy xung vuông liên tục cung cấpcho khối đếm Yêu cầu đặt ra đối với khối này là dãy xung vuông được tạo ra có tần

số thay đổi được để từ đó có thể thay đổi được tốc độ hiển thị Hình 3.1 là sơ đồ

nguyên lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng được các yêu cầu trên

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555

Vi mạch 555 là loại vi mạch được dùng để phát xung vuông chuyên dụng

Muốn tạo ra được dẫy xung liên tục người ta tiến hành ghép vi mạch này với tụ điệnvà điện trở như hình vẽ Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của phát xung của vi mạch

555 ta quan sát sơ đồ trải của vi mạch 555 hình 3.2.

Hình 3.2: Sơ đồ trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo.

Phần được đóng khung bằng nét đứt là vi mạch 555, nó có cấu tạo cơ bản từ 2phần tử khuếch đại thuật toán OA1, OA2 và 1 Trigơ R-S Trong đó hai khuếch đạithuật toán được mắc theo kiểu mạch so sánh có điện áp ngưỡng được lấy trên bộ phânáp dùng 3 điện trở có cùng giá trị R Với cách mắc như trên thì điện áp ngưỡng củacác mạch so sánh là Ucc/ 3 đối với OA2 và 2U CC / 3 đối với OA1 Quan sát trên sơ đồ

ta thấy điện áp trên tụ C được đặt tới đầu vào còn lại của hai mạch so sánh nên giá trịđiện áp trên tụ sẽ quyết định trạng thái của chúng

Hình 3.3: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung.

3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch

* Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là

3

Ucc 2

UC  thì đầu ra OA1 cómức logic “1” còn đầu ra OA2 có mức logic “0”, đầu ra  có mức logic “1” (R = 1, S

= 0), tranzitor T thông Tụ C phóng điện qua RB, qua T về mát làm cho điện áp trên nógiảm dần Đầu ra của mạch phát xung không có xung ra (mức logic “0”)

+Khi

3

Ucc 2 U 3

Ucc

C 

 thì đầu ra của OA1 và OA2 đều có mức logic “0” trigơvẫn giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), T vẫn mở, tụ C tiếp tục phóng điện, điện áptrên nó tiếp tục giảm, xung ra ở mức logic “0”

+ Đến thời điểm t1

3

Ucc

UC  , đầu ra OA2 có mức logic “1”, còn đầu ra OA1

vẫn có mức logic “0”,  nhận trị “0” (R = 0, S = 1) Qua cổng NAND ta nhận được

xung ra ở mức logic “1”, đồng thời tranzitor T khoá tụ C được nạp từ +UCC  RA 

RB  C  mát Quá trình tụ nạp điện áp trên nó tăng dần theo biểu thức sau:

e

3

U ) e

1 (

U

t CC

C ).

R R ( t CC

A B B

3

Ucc

2  C  các đầu rabộ so sánh đều nhận trị “0”, trigơ giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), xung ra vẫntồn tại ở mức logic “1”, T vẫn khóa tụ C tiếp tục được nạp điện

+ Cho đến thời điểm t2, UC  2UCC/3 đầu ra của OA1 chuyển trạng thái lênmức logic “1”, đầu ra của OA2 vẫn giữ nguyên trạng thái,  nhận trị “1” (R =1, S = 0),xung ra nhận mức logic “0” đồng thời T thông bão hoà, tụ C phóng điện, hoạt độngcủa mạch lặp lại như quá trình từ 0 t1 Kết quả là ta thu được một dẫy xung vuông ởđầu ra trên chân 3 của vi mạch 555

3.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước

Để thay đổi tần số xung ra thì thay đổi hằng số thời gian phóng, nạp của tụ C bằngcách thay đổi giá trị các điện trở RA và RB

Thời gian để điện áp trên tụ được nạp từ giá trị UCC/3 đạt đến giá trị 2UCC /3 ta tínhđược theo công thức sau:

R R ( tn CC

C ).

R R (

tn CC

3

U 3

U 2

.Đơn giản phương trình ta được :

3

U e

3

Trong khoảng từ 0  t1 tụ C phóng điện từ giá trị ban đầu là 2UCC /3 đến UCC /3

Biểu thức điện áp trên tụ: Ucc e

3

2 ) t (

Nếu mắc thêm điôt D song song với điện trở RB như hình vẽ thì tụ C sẽ nạp

điện theo đường +Ucc  RA  D  C  mát, thời gian nạp của tụ C sẽ được

tính: tn = 0,69.C.RA, và khi này chu kỳ của dãy xung ra sẽ được tính:

T = tn + tp = 0,69.RA.C + 0,69.RB.C = 0,69.(RA + RB).C

Nếu ta chọn RA = RB  tn = tp  T = 2.tn = 2.tp = 2.0,69 RA.C = 1,4.RA.C Trongtrường hợp này xung ra có độ rộng và khoảng thời gian không tồn tại xung là bằngnhau Nhìn vào biểu thức ta thấy khi muốn thay đổi chu kỳ T của xung ra ta có thểthực hiện bằng 2 cách là thay đổi dung lượng của tụ C hoặc thay đổi giá trị của điệntrở RA, và RB Trên hình 5 để có thể thay đổi được T ta điều chỉnh hai biến trở WR1 và

WR2, đây là hai biến trở đồng trục mà khi ta tăng thì chúng cùng tăng còn khi ta giảmthì chúng cùng giảm nên WR1 = WR2 = WR Với mạch như hình 3.1 công thức tính

chu kỳ của xung ra như sau:

Hình 2.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng IC 555

Hình 2.3 : Giản đồ điện áp ra chân 3 của IC555

PHẦN III KẾT LUẬN, HƯỚNG PHÁT TRIỂN

kế mô phỏng mạch trực quan bằng phần mềm multisim Qua đó làm tăng niềm đam

mê nghiên cứu yêu thích môn học, tìm tòi và ứng dụng vào các bài toán mạch điện tửthực tế

Khi viết bài này, chúng em đã tìm hiểu và mô phỏng nhiều mạch để nghiên cứu vàkhảo sát Tuy nhiên vấn đề thì quá phức tạp, tài liệu tham khảo ở trong các loại sáchchuyên ngành và trên mạng Internet nhiều nhưng không có tài liệu nào thật sự chitiết, khả năng thì có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận được sự góp

ý của thầy và các bạn để bài viết của nhóm hoàn thiện hơn

Tháng 8 năm 2012Xin chân thành cám ơn !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bộ môn Kỹ thuật điện tử, Giáo trình Kỹ thuật điện tử tương tự, Trường Đại

học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

[2] TS Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật mạch điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục,