1 Chương 3: MẠCH KHÔNG ĐỒNG BỘ HAI TR ẠNG THÁI ỔN Đ Ị NH Các mạch có hai trạng thái ổn đ ị nh ở đầu ra (còn gọi là mạch trigơ) được đ ặ c trưng bởi hai trạng thái ổn đ ị nh bền theo thời gian và việc chuyển nó từ trạng thái này sang trạng thái kia (xảy ra tức thời nhờ các vòng hồi tiếp dương nội bộ) ch ỉ xảy ra khi đặt tới lối vào thích hợp của nó các xung điện áp có biên độ và cực tính thích h ợ p . Đây là phần tử cơ bản cấu tạo nên một ô nhớ (ghi, đọc) thông tin dưới dạng số nh ị phân. 3.2.1. Tri g ơ đối x ứ ng (RS-trig ơ ) dùng tranzito Hình 3.11: Tri gơ đối xứng kiểu RS dùng t ranzi t o 2 Hình 3.11 đưa ra dạng mạch nguyên lí của một tri gơ RS đối xứng. Thực ch ấ t đây là hai mạch đảo hình 3.3 dùng T 1 và T 2 ghép liên tiếp nhau qua các vòng hồi t i ế p dương bằng các cặp điện trở R 1 R 3 và R 2 R 4 . a - Nguyên lí hoạt động: Mạch 3.11 ch ỉ có hai trạng thái ổn đ ị nh bền là: T 1 mở, T 2 khóa ứng với mức điện áp ra Q = 1, Q = 0 hay T 1 khóa T 2 mở ứng với trạng thái ra Q = 0, Q =1. Các trạng thái còn lại là không thể xảy ra (T 1 và T 2 cùng khóa) hay là không ổ n đ ị nh (T 1 và T 2 cùng mở). T 1 và T 2 không thể cùng khóa do nguồn +E cc khi đóng m ạ ch sẽ đưa một điện áp dương nhất đ ị nh tới các cực bazơ. T 1 và T 2 có thể cùng m ở nhưng do tính chất đối xứng không lí tưởng của mạch, ch ỉ cần một sự chênh lệch vô cùng bé giữa dòng điện trên 2 nhánh (I B1 ≠ I B2 hay I c1 ≠ I c2 ) thông qua các mạch h ồ i tiếp dương, độ chênh lệch này sẽ b ị khoét sâu nhanh chóng tới mức sơ đồ chuyển v ề một trong hai trạng thái ổn đ ị nh bền đã nêu (chẳng hạn thoạt đầu I B1 > I B2 từ đó I Cl > I C2 , các giảm áp âm trên colectơ của T 1 và dương trên colectơ của T 2 thông qua phân áp R 2 R 4 hay R 1 R 3 đưa về làm I B1 > I B2 dẫn tới T 1 mở T 2 khóa. Nếu ngược lại lúc đ ầ u I B1 < I B2 thì sẽ dẫn tới T 1 khóa T 2 m ở ) . Tuy nhiên, không nói chắc được mạch sẽ ở trạng thái nào trong hai trạng thái ổ n đ ị nh đã nêu. Để đầu ra đơn tr ị , trạng thái vào ứng với lúc R=S=1 (cùng có xung dương) là b ị cấm. Nói khác đi điều kiện cấm là R.S=0). (3-6). Từ việc phân tích trên rút ra bảng trạng thái của Trigơ RS cho phép xác đ ị nh trạng thái ở đầu ra của nó ứng với tất cả các khả năng có thể của các xung đầu vào ở bảng 3.1. Ở đây ch ỉ số n thể hiện trạng thái hiện tại, ch ỉ số (n + l) thể hiện trạng thái tương hai của đầu ra, dấu chéo thể hiện trạng thái cấm. Đầu vào R gọi là đầu vào xóa (Reset). Đầu vào S gọi là đầu vào thiết lập (Set). Đầu vào Đầu ra R n S n Q n+ 1 Ǭ n + 3 0 0 Q n Ǭ 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 x x Bảng 3.1. Bảng trạng thái của trigo RS 3.2.2. Tri g ơ Smit dùng Tranzito Sơ đồ tri gơ RS ở trên lật trạng thái khi đặt vào cực bazơ của tranzito đang khóa một xung dương có biên độ thích hợp để mở nó (ch ỉ xét với quy ước logic dương). Có thể sử dụng ch ỉ một điện áp vào duy nhất cực tính và hình dạng tùy ý (ch ỉ yêu c ầ u 4 mức biên độ đủ lớn) làm lật mạch trigơ. Loại mạch này có tên là Trigơ Smit, được c ấ u tạo từ các tranzito hay IC tuyến tính (còn gọi là bộ so sánh có t r ễ ) . a. Hình 3.12 đưa ra mạch nguyên lí tri gơ Smit dùng tranzito và đặc tuyến truyền đ ạ t của nó. Hình 3.12: Trigơ Smit dòng tranzito (a); đặc tuyến truyền đạt (b) và kết quả mô ph ỏ ng biến tín hiệu hình sin thành xung vuông (c) Qua đặc tuyến hình 3.12b thấy rõ: Lúc tăng dần U vào từ một tr ị số rất âm thì: khi U v < U đóng ; U ra = U ramin Khi U v ≥ U đóng ; U ra = U ramax (3- 7) Lúc giảm dấn U v àơ từ 1 tr ị số dương lớn thì: khi U v > U ng ắ t ; U ra = U ramax khi U v ≤ U ng ắ t ; U ra = U ramin (3-8) 5 b. Có thể giải thích hoạt động của mạch như sau: Ban đầu T 1 khóa (do B 1 được đ ặ t từ 1 điện áp âm lớn) T 2 mở (do R C đ ị nh dòng làm việc từ E c ) lúc đó U ra = U CE2 bão hòa = U ramix . Khi tăng U v tới lúc U v ≥ U đóng T 1 mở, qua mạch hồi tiếp dương ghép trực tiếp t ừ colectơ T 1 về bazơ T 2 làm T 2 b ị khóa do đột biến điện áp âm từ C 1 đưa tới, qua m ạ ch R 1 R 2 đột biến điện áp dương tại C 2 đưa tới bazơ T 1 quá trình dẫn tới T 1 mở bão hòa, T 2 khóa và U ra = U ramax , phân tích tương tự, mạch sẽ lật trạng thái về T 1 khóa T 2 mở lúc U vào giảm qua giá tr ị U ng ắ t . 6 Các giá tr ị U vđóng và U vng ắ t do việc lựa chọn các giá tr ị R C , R 1 ,R 2 của sơ đồ 3.12a quyết đ ị nh . Hiện tượng trên cho phép dùng trigơ Smit như một bộ tạo xung vuông, nhờ hồi tiếp dương mà quá trình lật trạng thái xảy ra tức thời ngay cả khi U vào biến đổ i từ từ Hình 3.12 c) mô tả một ví dụ biến đổi tín hiệu hình sin thành xung vuông nh ờ trigơ Smit. . dùng tranzito Hình 3. 11: Tri gơ đối xứng kiểu RS dùng t ranzi t o 2 Hình 3. 11 đưa ra dạng mạch nguyên lí của một tri gơ RS đối xứng. Thực ch ấ t đây là hai mạch đảo hình 3. 3 dùng T 1 và T 2 ghép. hình sin thành xung vuông (c) Qua đặc tuyến hình 3. 12b thấy rõ: Lúc tăng dần U vào từ một tr ị số rất âm thì: khi U v < U đóng ; U ra = U ramin Khi U v ≥ U đóng ; U ra = U ramax ( 3- 7) Lúc giảm. liên tiếp nhau qua các vòng hồi t i ế p dương bằng các cặp điện trở R 1 R 3 và R 2 R 4 . a - Nguyên lí hoạt động: Mạch 3. 11 ch ỉ có hai trạng thái ổn đ ị nh bền là: T 1 mở, T 2 khóa ứng với mức