CHỦ ĐỀ TÌM HIỂU MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG BJT

- Cấu tạo: Mạch dao động đa hài bao gồm các BJT được mắc chéo nhau, các tụ điện và điện trở.. Nguyên lý – hoạt động mạch đa hài NPN Giai đoạn 1 Khi mới cấp nguồn cả hai cùng sáng trong 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-oOo -BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

CHỦ ĐỀ: TÌM HIỂU MẠCH DAO ĐỘNG ĐA

HÀI DÙNG BJT

LỚP L12, NHÓM 12

GVHD: Phan Võ Kim Anh

TP Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2024

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

2312904 Cao Ngọc Như Quỳnh

2311803 Đoàn Lê Ngọc Lam

2310205 Bùi Phạm Thái Bảo

2311312 Võ Sinh Hùng

MỤC LỤC

I Đôi nét về đề tài 4

1 Nội dung: 4

2 Yêu cầu: 4

3 Mục đích: 4

4 Phần mềm mô phỏng: 4

II Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của mạch đa hài dùng BJT: 4

III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT: 4

1 Mạch đa hài ổn định: 4

2 Mạch đa hài bất ổn định: 5

3 Mạch đa hài lưỡng ôn: 7

IV Nguyên lý – hoạt động mạch đa hài NPN 8

Giai đoạn 1 8

Giai đoạn 2 9

V.Vai trò của các linh kiện: 9

1 Transistor NPN: 9

2 Điện trở : 12

3 Tụ điện hóa 14

VI Phần lắp mạch proteus 16

I Đôi nét về đề tài

1 Nội dung:

- Tìm hiểu về mạch đa hài dùng BJT

2 Yêu cầu:

- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng mạch Phân tích ví dụ 1 sơ đồ mạch Cho biết vai trò, chế độ hoạt động của từng linh kiện dùng trong mạch Mô phỏng dùng proteus (Đo tín hiệu tại từng vị trí trên mạch) (Bonus: Lắp mạch)

3 Mục đích:

- Hiểu được nguyên lí hoạt động, cách lắp mạch đa hài BJT bằng phần mềm mô phỏng Proteus

- Đo được tín hiệu đèn và vị trí khác trên mạch

4 Phần mềm mô phỏng: Proteus hoặc lắp mạch.

II Cấu tạo và nguyên lý hoạt động chung của mạch đa hài dùng BJT:

- Định nghĩa: Mạch đa hài là các mạch hoạt động với các tín hiệu không sin Từ những tín hiệu không sin này người ta sẽ phân tích thành các tín hiệu hình sin có tần số cơ bản và nhiều tần số khác có giá trị gấp n lần tần số cơ bản, còn gọi là họa tần, hay sóng hài

- Cấu tạo: Mạch dao động đa hài bao gồm các BJT được mắc chéo nhau, các tụ điện

và điện trở

- Nguyên lý hoạt động chung: Dựa trên nguyên lý nạp xả của tụ điện làm cho BJT chuyển giữa hai chế độ khóa và bão hòa, để tạo ra tín hiệu xung dạng vuông

III Các loại mạch dao động đa hài dùng BJT:

1 Mạch đa hài ổn định:

Hình 1.1: Mạch đa hài bất ổn định

- Mạch đa hài ổn định là mạch đa hài có 2 trạng thái bền Mạch gồm có 2 transistor Trạng thái bền thứ nhất là Q1 cắt và Q2 bão hòa Trạng thái bền thứ hai là Q1 bão hòa và Q2 cắt

- Nguyên lý hoạt động:

 Giả sử khi mới đóng điện, 1 trong 2 transistor dẫn mạnh hơn transistor còn lại (Thí dụ Q1 dẫn mạnh) Điện thế cực C của Q1 sẽ giảm xuống, làm giảm dòng định thiên cho Q2

 Dòng định thiên Q2 giảm, dòng IC2 cũng giảm Điện thế cực C của Q2 tăng, làm tăng dòng định thiên cho Q1

 Như vậy 2 transistor sẽ khóa lẫn nhau Transistor nào dẫn mạnh sẽ nhanh chóng tiến đến bão hòa Transistor nào dẫn yếu sẽ chuyển sang trạng thái cắt

 Khi Q1 đang dẫn, nếu ta cho dòng vào ngõ vào In put 1 thì Q1 vẫn tiếp tục dẫn, và không thay đổi gì

 Khi Q2 đang cắt, nếu ta cho dòng vào In put 2, thì Q2 sẽ chuyển sang dẫn IC2 tăng lên, UC2 giảm xuống nên dòng định thiên IB1 cho Q1 giảm IC1 giảm xuống, UC1 tăng lên làm tăng dòng định thiên cho transistor Q2 Toàn hệ thống chuyển mạch Q2 từ cắt chuyển sang bão hòa Q1 từ bão hòa chuyển sang cắt

 Cũng có thể làm cho mạch đa hài chuyển mạch bằng cách giảm dòng IB của transistor đang dẫn

 Tuy nhiên nếu ta tác động đồng thời vào cả 2 transistor, thì cả 2 sẽ đồng thời dẫn, hoặc đồng thời tắt, nghĩa là đến một trạng thái không xác định Trạng thái này gọi là trạng thái cấm

Các ứng dụng của mạch đa hài đơn ổn:

o Mạch truyền hình

o Mạch điều khiển hệ thống,

2 Mạch đa hài bất ổn định:

- Mạch đa hài không ổn định là mạch đa hài không có trạng thái bền Mạch gồm có

2 transistor, và có thể tự dao động, chuyển qua chuyển lại giữa 2 trạng thái: Trạng thái thứ nhất là Q1 cắt và Q2 bão hòa Trạng thái thứ hai là Q1 bão hòa và Q2 cắt

- Hai BJT tương tự nhau; các trở tải Các điện trở cơ bản được nối với một nguồn chung Các điện trở phản hồi được đóng ngắt bởi các tụ điện Hai tụ điện nằm ở 2 đầu cấp điện áp đầu vào cho cực B của 2 BJT

Hình 1.2: mạch đa hài bất ổn định

- Nguyên lý hoạt động:

 Giả sử hai transistor đang dao động, giả sử Q1 vừa chuyển từ cắt sang bão hòa và Q2 vừa chuyển từ bão hòa sang cắt

 Điện thế cực C của Q1 giảm xuống Điện áp nạp sẵn trong tụ C1 làm điện

áp cực B của Q2 cũng giảm theo và xuống âm Mối nối BE của Q2 bị phân cực ngược làm cho Q2 tiếp tục bị cắt

 Khi Q2 cắt, dòng IC2 =0 Điện thế cực C của Q2 tăng, nạp vào tụ C2 làm tăng dòng định thiên cho Q1 Q1 tiếp tục bão hòa

 Tụ điện C1 sẽ được xả ra do RB1 Khi tụ này xả đến mức điện thế cực B của Q2 chuyển thành dương, thì Q2 bắt đầu dẫn Khi Q2 dẫn, điện thế cực

C của Q2 giảm xuống, Điện thế đã nạp sẵn của C2 sẽ làm cho điện áp cực

B của Q1 giảm xuống, làm Q1 giảm dòng

 Khi Q1 giảm dòng, điện thế cực C của Q1 tăng lên, tăng dòng nạp vào C1

là cho Q2 dẫn mạnh hơn và tiến đến bão hòa

 Hiện tượng trên cứ diễn ra lần lượt, và mạch sẽ tự dao động qua lại giữa 2 trạng thái

o Các ứng dụng của mạch đa hài bất ổn:

o - Máy tạo sóng

o - Máy chuyển đổi tần số điện áp

o - Máy dao động,

3 Mạch đa hài lưỡng ôn:

Hình 1.3: Mạch đa hài lưỡng ôn

Mạch Schmitt triger là một mạch lai tạo giữa mạch khuếch đại vi sai và mạch đa hài ổn định Mạch gồm có 2 transistor, khi hoạt động có thể có 1 trong 2 trạng thái:

 Trạng thái thứ nhất là Q1 cắt và Q2 bão hòa, đây là trạng thái bền

 Trạng thái thứ hai là Q1 bão hòa và Q2 cắt, đây cũng là trạng thái bền

- Nguyên lí hoạt động:

 Khi mạch hoạt động, trên lý thuyết 2 BJT là như nhau; tuy nhiên trong quá trình sản xuất sẽ có BJT nhạy hơn Giả sử Q1 được bật, trong khi BJT Q2 bị tắt Đây là trạng thái ổn định của mạch đa hài lưỡng ổn

 Bằng cách cấp một xung kích hoạt âm ở chân của BJT Q1 hoặc bằng cách cấp một xung kích hoạt dương ở chân của BJT Q2, trạng thái ổn định này không bị thay đổi Vì vậy, chúng ta hãy hiểu điều này bằng cách xét một xung kích hoạt âm ở chân của BJT Q1 Kết quả là, điện áp cực C tăng lên, sẽ phân cực thuận cho BJT

Q2, phân cực ngược Q1, làm cho BJT Q1 tắt và BJT Q2 bật Đây là một trạng thái

ổn định khác mạch dao động đa hài

+ Bây giờ, nếu trạng thái ổn định này phải được thay đổi một lần nữa, thì xung kích hoạt âm tại BJT Q2 hoặc xung kích hoạt dương tại BJT Q1 sẽ được áp dụng Các trạng thái được thiết lập lại

o Các ứng dụng của mạch đa hài lưỡng ổn:

o - Bộ chia tần

o - Bộ đồng hóa dữ liệu

o - Bộ đếm

o - Thanh ghi,…

IV Nguyên lý – hoạt động mạch đa hài NPN

Giai đoạn 1

Khi mới cấp nguồn cả hai cùng sáng trong 1 thời gian, thì tất cả các bản tụ của C1 lẫn C2 đều được nạp điện, một trong 2 transistor Q1 hoặc Q2 hoạt động trước (vì trên thực tế dù

2 transistor cùng một loại nhưng không hề giống nhau hoàn toàn, sẽ có con transistor này nhạy hơn con kia) Ta giả sử Q1 nhạy hơn nên hoạt động trước, đồng nghĩa Q1 có Vbe lớn hơn hoặc bằng 0.6V (do điện áp tại cực B của Q1 tăng từ 0 đến 0.6V, trước khi điện

áp ở đây bằng 0.6V thì cực âm tụ C1 vẫn đang được nạp), dòng điện có thể đi từ cực C xuống cực E và xuống mass nên led D2 sáng, đầu cực dương tụ C2 không được nạp điện

do dòng điện chỉ đi xuống mass Cùng lúc đó vì Q2 không dẫn (không hoạt động) nên led D1 không sáng, cực dương tụ C1 sẽ được nạp điện, nhưng sẽ không nạp được bao nhiêu

vì dòng điện lúc này chủ yếu chạy về mass, cực âm tụ C2 lẫn âm tụ C1 cũng vậy, không nạp được bao nhiêu Khi Q1 hoạt động thì cực B cũng được coi như đang nối với cực E xuống mass nên dòng điện ở chân B được đi qua chân E xuống mass, đồng nghĩa điện áp tại B giảm từ 0.6 V về 0V (cực âm tụ C1 xả điện) Khi điện áp tại chân B xả hết thì Q1 ngưng dẫn, đèn led D2 tắt, tới Giai đoạn 2

Giai đoạn 2

Q1 ngưng dẫn, cực âm C2 được nạp điện áp thông qua dòng điện đi qua điện trở R1, khi giá trị được nạp đạt 0.6V thì Q2 dẫn (do VBE >= 0.6V), cực C của Q2 nối thông với cực

E xuống mass, đèn led D1 sáng, cực dương tụ C1 xả điện, cực dương tụ C2 được nạp điện vì Q1 không dẫn Nguyên lý tương tự như giai đoạn 1, cực âm tụ C2 xả điện áp xuống mass do cực B của Q2 nối thông với cực E, khi điện áp xả hết từ 0.6V về 0V thì Q2 ngưng dẫn, led D1 tắt, sau đó cực âm tụ C1 lại được nạp điện làm điện áp tại cực B của Q1 tăng dần lên 0.6V, điện áp này bằng 0.6V thì Q1 lại dẫn Các quá trình này lặp đi lặp lại luân phiên sẽ tạo ra một mạch đa hài với dạng sóng điện áp tại cực C của 2 transistor

V.Vai trò của các linh kiện:

1 Transistor NPN:

 Cấu tạo:

Transistor NPN là một loại transistor lưỡng cực có ba lớp bán dẫn được ghép nối với nhau theo thứ tự N-P-N (Negative-Positive-Negative) Dưới đây là cấu tạo chi tiết của Transistor NPN:

Emitter (E): Đây là lớp bán dẫn loại N có nồng độ tạp chất rất cao Mục đích của

lớp này là cung cấp một lượng lớn điện tử cho quá trình dẫn điện Trong hoạt động bình thường, emitter được nối với cực âm (negative) của nguồn điện

Base (B): Đây là lớp bán dẫn loại P nằm giữa emitter và collector Lớp base có

nồng độ tạp chất thấp và rất mỏng so với các lớp khác Nhiệm vụ của base là điều khiển dòng điện giữa emitter và collector Dòng điện nhỏ đi vào base sẽ kiểm soát dòng điện lớn đi qua transistor

Collector (C): Đây là lớp bán dẫn loại N có kích thước lớn hơn và nồng độ tạp

chất trung bình so với emitter Collector thu nhận các điện tử từ emitter đi qua base Trong hoạt động bình thường, collector được nối với cực dương (positive) của nguồn điện

 Nguyên lí làm việc:

Transistor NPN này hoạt động khi điện áp tại cực B lớn hơn tại cực E và lớn hơn ít nhất khoảng 0,6V (tuỳ loại transistor NPN, có loại chỉ cần lớn hơn 0.3V) Khi transistor hoạt động (nghĩa là VBE > 0.6 V) thì dòng điện có thể đi từ cực C xuống cực E (nhưng sẽ không đi theo chiều ngược lại) Nếu VBE < 0.6 V thì giữa 2 cực

C và E không được nối thông nhau, dòng điện không thể đi qua giữa 2 cực C và E

Hình ảnh thực tế Transistor NPN

 Sơ đồ Ký hiệu

Sơ đồ ký hiệu của Transistor NPN bao gồm ba chân: emitter, base, và collector, được biểu diễn như sau:

- Một mũi tên chỉ ra khỏi lớp emitter để biểu thị dòng điện tử đi ra từ emitter

- Base nằm ở giữa và kết nối với emitter và collector

- Collector thường ở phía trên trong sơ đồ

 Ứng dụng thực tế:

- Khuếch đại âm thanh

- Đóng vai trò là một con công tắc dùng để chuyển hóa các mạch điện tử điều khiển thiết bị khác…

Mạch khuếch đại dùng transistor c1815 trong việc khuếch địa âm thanh Micro,

loa…

2 Điện trở :

 Cấu tạo :

Điện trở là một thành phần điện tử cơ bản được sử dụng để kiểm soát dòng điện trong mạch điện Cấu tạo của một điện trở bao gồm:

Vật liệu dẫn điện: Thường là chất dẫn điện như carbon, kim loại, hoặc chất bán dẫn

như doped silicon

Hai đầu kết nối: Điện trở có hai đầu kết nối để nối với mạch điện.

Thân điện trở: Thường được làm bằng các vật liệu như cermet, mica, hoặc nhựa, có

khả năng cách điện và chịu nhiệt tốt

Giá trị điện trở: Điện trở có khả năng giới hạn dòng điện chảy qua nó Giá trị điện trở

được đo bằng đơn vị ohm (Ω).)

Mã màu (đối với các điện trở có màu sắc): Để xác định giá trị điện trở, nhiều điện trở

được phủ một dải màu xung quanh thân điện trở, mỗi màu tương ứng với một con số

Các thành phần bổ sung (nếu cần): Các điện trở có thể đi kèm với các thành phần bổ

sung như nút xoay (trimpot) hoặc cơ cấu chuyển đổi (switch) để điều chỉnh giá trị điện trở hoặc chuyển đổi mạch

Cấu trúc và vật liệu của một điện trở có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và các yêu cầu kỹ thuật

 Nguyên lí làm việc :

Là một linh kiện điện tử thụ động với 2 tiếp điểm kết nối, chức năng dùng để điều chỉnh mức độ tín hiệu, hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và có trong rất nhiều ứng dụng khác

Giúp tiêu tán một lượng lớn điện năng chuyển sang nhiệt năng trong các hệ thống phân phối điện, trong các bộ điều khiển động cơ Các điện trở thường có trở kháng cố định, ít

bị thay đổi bởi nhiệt độ và điện áp hoạt động

Hình 2.1 Hình ảnh điện trở thực tế Hình 2,2 Kí hiệu của điện trở

 Ứng dụng thực tế

Khống chế dòng điện qua tải cho phù hợp Ví dụ có 1 bóng đèn 9V, nhưng ta chỉ có nguồn 12V Chúng ta có thể đấu nối tiếp bóng đèn với điện trở để sụt áp bớt 3V trên điện trở

Mắc điện trở thành cầu phân áp để có được 1 điện áp theo ý muốn từ 1 điện áp cho trước Tham gia vào các mạch tạo dao động R C

Điều chỉnh cường độ dòng điện qua các thiết bị điện

Tạo ra nhiệt lượng trong các ứng dụng cần thiết

Tạo ra sụt áp trên mạch khi mắc nối tiếp

3 Tụ điện hóa

 Cấu tạo

Tụ điện hóa, hay còn gọi là tụ điện electrolytic, là một loại tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng trong điện dung và được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử Dưới đây là cấu tạo cơ bản của một tụ điện hóa:

Lớp Dielectric: Đây là lớp dielectric (cách điện) giữa hai tấm dẫn điện (anode và

cathode) Trong tụ điện hóa, thường sử dụng một loại dielectric cặp oxyd hóa kim loại, như oxide nhôm (Aluminum Oxide) hoặc oxide tantali (Tantalum Oxide) Dielectric này cho phép tụ tích điện một cách hiệu quả

Anode và Cathode: Anode là một tấm kim loại có khả năng tạo ra các ion dương trong

dung dịch điện phân Cathode là một lớp dẫn điện, thường là một hợp kim, được phủ trên bề mặt của dielectric Trong trường hợp tụ điện hóa, anode thường là một tấm nhôm hoặc tantali được phủ oxide

Dung dịch điện phân: Các tụ điện hóa cần một dung dịch điện phân, thường là dung

dịch axit hoặc dung dịch kiềm, để tạo ra các ion dương trong quá trình sạc và tạo điện trường

Bọc cách điện ngoài cùng: Để bảo vệ tụ và cách điện các thành phần bên trong, tụ

điện thường được bọc bên ngoài bằng một lớp nhựa hoặc cao su

Tính chất của tụ điện hóa được quyết định chủ yếu bởi vật liệu dielectric và điện cực

sử dụng, cũng như bởi loại dung dịch điện phân

Cấu tạo của tụ điện

 Nguyên lí làm việc

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều

Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian

mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến

Tụ điện có sự phân cực âm dương, khi có dòng điện đi vào các bản tụ thì sẽ có sự tích trữ năng lượng, để tụ không bị nổ thì khi tích trữ năng lượng điện áp tại bản cực dương luôn phải lớn hơn bản cực âm

Tụ gốm Tụ hóa

 Ứng dụng thực tế:

Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng

Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử

Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…

Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng

Và nhiều hơn nữa những tác dụng của tụ điện như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…

VI Phần lắp mạch proteus

- Gồm các bước sau:

o Lấy các linh kiện: BATTERY, CAP, RES, BC547, LED-GREEN, GROUND

o Lấy dụng cụ đo: VONTAGE

o Nối lắp các linh kiện với nhau

- Các thông số các linh kiện:

o RES 1 = RES 4 = 470Ω)

o RES 2 = RES 3 =100kΩ)

o CAP1 = CAP2 =6uF

o BATTERY=12V

- Tiến hành chạy: