Giáo trình hướng dẫn phân tích phạm vi ứng dụng nguyên lý mạch dao động dùng cổng logic p3 pot

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Khi muốn CMOS thúc tải có yêu cầu dòng lớn ta dùng Transistor Darlington có hfe tương đương lớn thường 1000 Khi tải hoạt động lớn phải thêm Transistor cách ly cao khỏi mạch CMOS sau ta dùng Transistor Darlington công suất Khi tải có yêu cầu dòng lớn ta theo hình V.2.b 3./ Giao tiếp CMOS với Triac Thyristor: Khi tải hoạt động với điện xoay chiều, chủ yếu mạng điện 50HZ với điện áp 110V hay 220V, phận thúc tải trực tiếp Triac hay Thyristor, tất nhiên phải có thên Transistor làm trung gian mạch Logic Triac hay Thyristor Có nhiều đặc tính kỹ thuật liên quan đến Triac hay Thyristor, quan trọng dòng điện tối đa, điện áp đỉnh mà không vượt Dòng tối thiểu phải áp dụng cửa thay đổi vài trăm Thyristor, Triac nhạy, chủ yếu loại công suất thấp, đến vài chục mA công suất lớn Ở trường hợp mạch TTL hay CMOS thúc trực tiếp cửa Thyristor hay Triac, phải dùng Transistor làm trung gian Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 34 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Hình V.3a Hình V.3a trình bày giao tiếp mạch Logic với Triac hay Thyristor để điều khiển hoạt động mạch điện xoay chiều Hình V.3b 4./ TTL tác động mức thấp với tải hoạt động mức cao, dòng thấp: Tải điển hình trường hợp Led có dòng tiêu biểu 10mA có điện hoạt động (1,7 – 2,1)V, ngõ Y thấp (hình V.4) Transistor T0 ngưng dẫn, T1 bão hòa nhận dòng tối đa 16mA nên tách Led, phải thêm điện trở giới hạn dòng Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 35 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số R= VCC _ Vdd _ VCCsat _ 1,7 _ 1,3 = I Led 10mA =>R=300 Hình V.4 5./ TTL tác động mức cao: Vấn đề ngõ mức cao mạch TTL cung cấp dòng điện hạn chế 400mA, TTL loại thường, dòng điện không đủ sáng đèn led Ta thêm cửa để lật trạng thái dùng khả dòng lớn mức thấp để hoạt động tải Ta dùng Transistor giao tiếp hình (H.V.5) Hình V.5 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 36 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số 6./ TTL tác động mức thấp Hình V.6 Khi tải tiêu thụ dòng thấp, cao hoạt động Rơle, đèn Neon, mạch giao tiếp có nhiệm vụ cách ly cao không tác động lên Transistor bên mạch Hình V.6c Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 37 .Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Chương III THIẾT KẾ MẠCH ĐẾM TẦN SỐ I./ KHỐI TOÀN SƠ ĐỒ MẠCH: 1./ Sơ đồ khối toàn mạch: 2./ Trình bày nguyên lí toàn mạch a Khối dao động chuẩn 32KHZ: Tạo dao động có tần số ổn định, từ dao động chia xuống để dao động có tần số xung 1HZ b Khối chia: Để tạo xung điều khiển có tần số 1HZ từ dao động chuẩn c Khối khống chế giây: Tạo đồng cho mạch làm việc d Khối chia tần: Nhằm mở rộng giới hạn tần số cần đo e Khối đếm: mạch đếm xung tín hiệu vào dạng mã BCD f Khối giải mã: Chuyển đổi mã số từ khối đếm sang mã số khối hiển thị tương ứng, cụ thể đếm mã BCD hiển thị LED đoạn cần dùng IC giải mã BCD sang LED đoạn Khi số lượng LED hiển thị nhiều người ta dùng kỹ thuật báo đa hợp để giải mã g Khối chỉnh dạng xung: Mạch đếm làm việc với tín hiệu có dạng xung vuông, khối chỉnh dạng sóng cho yêu cầu mạch đếm h Khối giảm biên độ tín hiệu ngõ vào nhằm hạn chế biên độ tín hiệu cho phù hợp với mạch đo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 38 Luận n tốt Nghiệp i Mô Hình Máy Đo Tần Số Khối nguồn: Cung cấp nguồn nôi cho toàn mạch hoạt động 3./ Đặc điểm yêu cầu mạch thiết kế: a./ Yêu cầu cuả mạch: – Tần số làm việc mạch nằm dãy tần số âm tần từ đến 20KHZ – Độ miễn nhiễu phải cao – Mạch phải có công suất tiêu tán thấp – Từ đặc điểm yêu cầu ta chọn IC làm việc thuộc họ CMOS loại IC có đặc điểm phù hợp với yêu cầu b./ Đặc điểm họ CMOS: – Điện áp nguồn nuôi thay đổi từ V đến 15V, thông số kỹ thuật cho sổ tay thường áp dụng nguồn 5V đến 10 V, có số vi mạch cho phép nguồn 15 V, thông thường điện áp nguồn nuôi cho họ CMOS V – Công suất tiêu tán cho cửa cổng thấp, 5nW ởnguồn nuôi 5V – Giữa họ 40xx họ 74xx có điện áp nguồn 5V mức điện áp vào lề nhiễu cuả hai không giống nhau, lề nhiễu CMOS 1V TTL 0.4 V – Độ miễn nhiễu cao thường 45% điện nguồn cung cấp VDD – Tốc độ giao hoán thấp vào khoảng MHZ – Dòng điện ngõ vào nhỏ khoảng 10 nA – Tổng trở ngõ vào lớn 1011  mắc song song với tụ điện pF – Tổng trở ngõ nhỏ khoảng vài trăm OHM – CMOS thúc trực đèn LED hoạt động 15 V – Các CMOS đệm có khả dòng lớn – Do tổng trở vào mạch logic CMOS lớn nên số fan out lớn 50 – Rất nhạy cảm với nhiệt độ – Nhiệt độ làm việc: – Thương mại: 40 C đến 85 C – Trong quân đội: 55C đến 125 C – Thời gian trễ mạch logic CMOS không đáng kể II./ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN: 1./ Mạch dao động chuẩn tần số 32 khz: Mạch đo tần số hoạt động dựa nguyên tắc đế xung tín hiệu vào thời gian giây Trong thiết bị đo lường điện độ xác thiết bị đặt lên hàng đầu mạch dao động chuẩn tạo từ mạch dao động dùng thạch anh có tần số 32 KHZ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 39 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Cổng NOT N1, N2 kết hợp với điện trở R1, R2 tụ điện C thạch anh XTAL để tạo mạch dao động có tần số dao động tần số thạch anhlà 32 KHZ Cổng NOT N3 cổng đệm nhằm phân cách tải với mạch dao động đồng thời tăng khả dòng định dạng sóng nguồn tín hiệu dao động Xung mở cổng and để đưa tín hiệu cần đo vào mạch đếm thời gian giây nghóa tần số xung mở cổng HZ, cần phải có mạch chia tần số chuẩn 32 KHZ xuống tần số thấp HZ 2./ Mạch chia tần số tạo dao động có tần số 1hz Trong mạch ta sử dụng loại IC đếm thập phân để tạo thành mạch chia, để dao động HZ từ dao động chuẩn 32 KHZ cần mạch chia 32000 Dạng mạch chia sau: IC đếm 4518B bao gồm hai đếm 10 bên ta kết nối lại để chia 100 chân 7, 15 ngõ vào reset mạch đếm tác dộng mức cao, để mạch đếm bình thường nên nối xuống mass Chân 6, 10 nối chung lại với để đưa tín hiệu từ tầng trước sang tầng sau Chân 1, ngõ vào xung clock tác động cạnh sau nối mass Tín hiệu xung đưa vào Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 40 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số chân ngõ vào xung clock tác động cạnh trước, tín hiệu xung lấy chân 14 có tần số 320 HZ đưa tiếp vào mạch 320 Bộ chia 327 sử dụng IC 4040B loại IC đếm nhị phân có 12 ngõ từ 00 đến 011, số đếm tối đa 2048 yêu cầu mạch chia đến 327 nên cần sử dụng cổng and để tổng hợp ngõ để mạch chia 327 Số thập phân 327 mã hóa theo số nhị 101000111, ngõ mức cao [1] đưa vào ngõ vào cổng and, ngõ cuối cổng and A4 tín hiệu xung có tần số HZ, đồng thời tín hiệu đưa chân 11 IC 4040B reset lại mạch chia III./ MẠCH CHIA TẦN SỐ NGÕ VÀO VÀ MẠCH KHỐNG CHẾ THỜI GIAN ĐẾM TRONG GIÂY: Mạch chia tần số: Do mạch hiển thị dùng LED nên kết đo hiển thị 9999 HZ, yêu cầu đặt thiết kế thiết bị phải đáp ứng tần số 20000 HZ cần có mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào đo tín hiệu có tần số lớn 9999 HZ ta chuyển sang giai đo nhân 10 hay nhân 100 để dễ đọc kết  Từ yêu cầu đặt ta thiết kế dạng mạch chia sau: Dùng hai IC 4017B loại IC đếm 10 thuộc họ CMOS công tắc vị trí để tạo giai đo Trong mạch sử dụng IC 4017B làm phần tử chia để đơn giản cho việc thiết kế mạch in dùng IC đếm 4518B phải dùng đến hai IC có chia 100 Tín hiệu cần đo tần số đưpợc đưa vào chân 14 IC1, ngõ 09 (chân 11) nối qua chân 14 IC2 để chia tiếp dồng thời tín hiệu lấy làm giai đo nhân 10 tần số chia 10 lần so với tín hiệu ngõ vào.Tại chân 11 IC2 tín hiệu lấy lam giai đo nhân100 tín hiệu chia 100 lần so với tần số tín hiệu ngõ vào chân 14 IC1, ngõ vào lấy tín hiệu làm giai đo (x1) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 41 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Khi công tắc vị trí (1) kết hiển thị hình ta đọc bình thường, nghóa kết hiển thị LED 150 đọc kết phép đo 150 HZ Khi công tắc vị trí ( ) giả sử phần hiển thị 15 kết qủa phép đo đọc 15 x 10 =150 HZ nghiã có 10 xung vào có xung ra, có 100 xung vào có 10 xung điểm tương với giai đo nhân 10 Khi công tắc vị trí (3) có 100 xung vào chân 14 IC1 có xung chân 11 IC2 hay có 1000 xung vào có 10 xung vị trí tương ứng với giai đo nhân 100 Tóm lại, kết phép đo kết qủa hiển thị nhân với giai đo Mạch khống chế thời gian đếm giây: Như trình bày phần mạch hoạt động dựa nguyên tắc mạch đếm xung giây Ta cần mạch mở cổng cho tín hiệu cần đo tần số vào mạch đếm giây sau đóng không tín hiệu qua Mạch đếm giải mã hiển thị kết LED, kết lưu giữ lại suốt thời gian reset mạch đếm chu kì đếm lần sau Dựa vào bảng trạng thái cổng and đáp ứng yêu cầu mạch khóa tín hiệu ngõ vào: Bảng trạng thái A 0 1 B 1 Y ( ngõ ra) 0 Tín hiệu điều dao khiển động chuẩn có tần số HZ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 42 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số IC đếm 4017 B có ngõ thay đổi trạng thái theo tín hiệu xung HZ nghiã thời điểm có ngõ mức cao ngõ khác mức thấp Lúc đầu, ngõ 00 = [1] cổng and mở cho phép tín hiệu vào mạch đếm sau thời gian giây 00 chuyển sang trạng thái mức thấp cổng and khoá không cho tín hiệu vào mạch đếm lúc ngõ 01 trạng thái mức cao thông qua cổng NOT trạng thái đảo lại mức thấp cho phép mạch giải mã xuất kết đếm lên LED sau thời gian giây ngõ 01 chuyển sang trạng thái mức thấp ngõ cổng NOT mức cao cho phép mạch chốt kết vừa hiển thị, ngõ 02 chuyển trạng thái tứ mức thấp sang mức cao reset lại toàn mạch đếm IC 4017B làm cho ngõ 00 chuyển trạng thái từ mức thấp sang mức cao mạch bắt đầu hoạt động chu kì đầu đếm xung tín hiệu vào - chốt kết hiển thị - reset lại mạch đếm Dạng sóng mô tả nguyên lý hoạt động cuả mạch: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 43 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số IV./ MẠCH GIỚI HẠN BIÊN ĐỘ TÍN HIỆU NGÕ VÀO: Mạch đo tần số sử dụng vi mạch số, giới thiệu IC số làm với tín hiệu dạng xung có hai mức ngưỡng phân biệt rõ ràng Giới hạn biên độ tín hiệu cho phép mạch làm việc phải lớn 2Vp-p nhỏ Vp-p, biên độ tín hiệu nhỏ cần có mạch khuếch đại ngược lại biên độ lớn cần mạch hạn chế biên độ tín hiệu ngõ vào: Mạch khuếch đại tín hiệu ngõ vào: Để đáp ứng tín hiệu có biên độ thấp từ hàng mV cần mạch khuếch nâng biên độ lên hàng volt đáp ứng biên độ tín hiệu ngõ vào mạch đếm Trong mạch ta dùng IC 741 làm phần tử khuếch đại, hệ số khuếch đại mạch phải cao dùng tầng khuếch đại mạch làm việc không ổn định không đáp ứng dải tần số tín hiệu cần đo Vì ta thiết kế mạch dùng hai tầng khuếch đại, ngưỡng biên độ tín hiệu thấp 10 mV Dạng mạch khuếch đại sau: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 44 ... tạo mạch dao động có tần số dao động tần số thạch anhlà 32 KHZ Cổng NOT N3 cổng đệm nhằm phân cách tải với mạch dao động đồng thời tăng khả dòng định dạng sóng nguồn tín hiệu dao động Xung mở cổng. .. KẾ MẠCH ĐẾM TẦN SỐ I./ KHỐI TOÀN SƠ ĐỒ MẠCH: 1./ Sơ đồ khối toàn mạch: 2./ Trình bày nguyên lí toàn mạch a Khối dao động chuẩn 32KHZ: Tạo dao động có tần số ổn định, từ dao động chia xuống để dao. .. đội: 55C đến 125 C – Thời gian trễ mạch logic CMOS không đáng kể II./ MẠCH DAO ĐỘNG CHUẨN: 1./ Mạch dao động chuẩn tần số 32 khz: Mạch đo tần số hoạt động dựa nguyên tắc đế xung tín hiệu vào thời