THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 12 ppsx

163 Bài 12: trigơ smit (Schmitt Trigger) A. Phần tóm tắt lý thuyết Trigơ Smit làm nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu biến thiên chậm chạp hoặc tín hiệu xung với sờn thoai thoải thành tín hiệu xung vuông. ở đây V i là điện áp đầu vào, V 0 là điện áp đầu ra. Có hai điện áp ngỡng ở đầu vào làm cho điện áp ở đầu ra thay đổi đột ngột, đó là điện áp ngỡng dới (hay thấp) V iL và điện áp ngỡng trên (hay cao) V iH . Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của V 0 vào V i cũng dễ dàng giải thích. Theo chiều mũi tên ta thấy, lúc đầu trạng thái lối ra là thấp. Khi V i = V iL thì đầu ra vẫn giữ nguyên trạng thái này. Khi V i = V iH đầu ra chuyển lên trạng thái cao . Chừng nào V i > V iH thì đầu ra vẫn giữ nguyên trạng thái cao. Nếu bây giờ V i bắt đầu giảm, nhng phải giảm đến tận giá trị V i = V iL (thấp hơn giá trị V iH ) thì đầu ra mới thay đổi trạng thái từ cao xuống thấp. Miền iLiHi VVV = gọi là miền trễ (hysteresis). Cần lu ý rằng đầu ra thay đổi đột ngột về trạng thái ứng với điện áp ngỡng nào (V iL hay V iH ) là tuỳ thuộc vào giá trị điện áp ra và quá trình biến đổi của nó. Giản đồ thời gian và đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc V 0 vào V i ở trên cũng nói lên nhận xét này. Miền trễ hay miền chết rất có ích trong việc cần phải sửa dạng sóng. Một tín hiệu dầy đặc nhiễu ở đầu vào cho ta một tín hiệu vuông vắn ở đầu ra. Trigơ Smit tơng tự (Analog Schmitt Trigger) ở đây ngời ta sử dụng loại khuếch đại thuật toán (KĐTT) có tốc độ nhanh ví dụ 111, 211, 311 hay cực nhanh 160, 260, 360. Hình sau là sơ đồ mạch dùng 164 KĐTT 311 và đồ thị biểu diễn hàm chuyển vào - ra ứng với giá trị ghi trong mạch. Với mạch này V i > 1,2V thì V 0 đạt đến giá trị bão hoà -13V V i < -1,2V thì V 0 đạt đến giá trị bão hoà +13V Đây là mạch khuếch đại có phản hồi dơng và tín hiệu tác dụng vào đầu đảo. ở đây ta lại thấy xuất hiện hiện tợng trễ nh phần mở đầu đã nói. Nếu đầu vào V i là tín hiệu hình sin thì đầu ra V 0 là tín hiệu vuông góc. Điện áp đầu ra V 0 sẽ thay đổi đột ngột khi điện áp đầu vào V i đạt giá trị ngỡng 1,2v. Trigơ Smit số (Digital Schmitt Trigger). Trigơ Smit số có thể xây dựng từ hai cửa đảo hoặc từ một cửa đệm theo hai sơ đồ cho trên hình sau Ta thử tính toán cho trigơ Smit xây dựng từ cửa đệm thuộc họ CMOS. ở đây G là đầu vào (Gate) của cửa đệm CMOS. Đầu ra chỉ có thể nhận đợc hai giá trị ứng với hai trạng thái : cao (V CC ) và thấp (0). Điện trở R 1 và R 2 tạo nên bộ chia thế. Điện áp V G tại đầu vào cửa đệm đợc tính theo nguyên lý chồng chất từ hai điện áp V i và V 0 . G Vin Vout Vout Vin R1 R2 R2 R1 165 21 1 0 21 2 RR R V RR R VV iG + + + = Sử dụng điều kiện biên khi V i = V iL , V 0 = V CC V i = V iH , V 0 = 0 Lúc này V G tiến tới giá trị ngỡng của cửa đệm CMOS, nghĩa là V G = V T (Threshold = ngỡng). 21 1 21 2 RR R V RR R VV CCiLT + + + = 2 1 2 21 R R V R RR VV CCTiL + = và 0 21 2 + + = RR R VV iHT 2 21 R RR VV TiH + = Miền trễ 2 1 R R VVVV CCiLiHi == Giả sử R 2 = 10R 1 thì V i = 0,1V CC Các phép tính cho trigơ Smit xây dựng từ của đệm họ TTL cũng có kết quả tơng tự. Tuy nhiên điện áp đầu ra V 0 ở trạng thái cao khoảng 3,4V và ở trạng thái thấp khoảng 0,2V , đó là các giá trị tiêu biểu. Kết quả tính trên đây chỉ là gần đúng, việc xác định đúng các giá trị ngỡng chỉ có thể kiểm tra bằng thực nghiệm. Vì rằng lối vào của CMOS là mạch hở, do đó có thể dùng điện trở bất kỳ trong thực nghiệm . Với của logic họ TTL thì trở lối vào nhỏ hơn 500 nguồn tín hiệu phải có trở nội nhỏ. Bảng gợi ý dới đây giúp ta cách chọn linh kiện cho trigơ Smit nếu muốn xây dựng từ của đảo hay cửa đệm. Họ CMOS Dùng hai cửa đảo : 4041 hay 4069 Dùng một cửa đệm : 4050 (tốt nhất trong họ CMOS). Dùng điện trở : R 1 = 10K, R 2 = 100K. Họ TTL Dùng hai cửa đảo : 7404 (tốt nhất trong họ TTL). Dùng một cửa đệm : 7407 hay 7417 Dùng điện trở : R 1 = 330 , R 2 = 3,3K Nhợc điểm cơ bản của trigơ Smit xây dựng theo cách trên đây là tính bất ổn định vì nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay đổi thì điện áp ngỡng bị thay đổi theo. Điều này thấy rõ rệt nhất khi ta dùng cửa đảo hay cửa đệm họ TTL. Hãng TEXAS 166 (Texas instrument) đã chế tạo trigơ Smit họ TTL dớc dạng mạch tích hợp nguyên khối (Monolithic Integrated Circuit) và hãng MOTOROLA (Motorola Semiconductors)đã chế tạo trigơ Smit họ CMOS một cách hoàn chỉnh. Họ CMOS: MC 14093B (nand schmitt trigger) MC 14583B (DUAL schmitt trigger) MC 14584B (HEX schmitt trigger) Họ TTL : 7413 (nand schmitt trigger) 7414 (HEX schmitt trigger) 74132 (NAND schmitt trigger) Cần lu ý trong các sổ tay chân vi mạch, nếu là trigơ Smit thì có thêm ký hiệu trễ trong ký hiệu logic. Ví dụ cửa không và 2 đầu vào (7400) và trigơ Smit NAND hai đầu vào 74132 167 B. Phần thực nghiệm 1. Nghiên cứu trigơ smitt tơng tự (Analog Schmitt Triger) Trigơ smitt tơng tự đợc xây dựng từ bộ so sánh LM339. Hay ta có thể sử dụng các bộ so sánh khác ví dụ nh: LP111, LP211, LP311. Tín hiệu từ máy phát chuẩn có dạng hình sin, tần số 10 KHz, biên độ V pp = 10V. Sau đó cho qua trigơ Smitt tợng tự. Quan sát dạng tín hiệu ở lối ra của trigơ Sơ đồ thí nghiệm: B 15V -15V 15V LM339 10kHz V2 -5/5V A R3 1k R1 10k R2 1k Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 01 Bộ so sánh Lm339 [Linear ICs/Comparators/ Comparator 5/LM339] 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] 03 Điện trở[General/Resistors/Risistor] (r) Chú ý: [ ] Đờng dẫn để lấy linh kiện trong th viện ( ) Ký hiệu phím tắt Bớc 2: - Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode - Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình sin, tần số 10KHz, biên độ V pp = 10V. - Chạy chơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ Transient Analysis 168 - Chúng ta có thể dùng công cụ Probe để quan sát tín hiệu tại bất cứ điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan sát ta phải giữ phím Shift. Bớc 3: - Hãy xác định điện áp ngỡng dới V iL , điện áp ngỡng trên V iH - Thay đổi các giá trị R 1 , R 2 khác nhau để so sánh miền trễ V = V iH - V iL 2. Nghiên cứu trigơ Smitt số (Digital Schmitt Triger) Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch trigơ smitt đợc xây dựng từ hai cửa đảo. Tín hiệu đa vào đợc lấy từ máy phát có dạng hình tam giác. Ta đợc tín có dạng hình vuông. Sơ đồ thí nghiệm: Vi Vo 10kHz V2 0/5V D C R4 1k R3 10k Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 02 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] 02 Điện trở[General/Resistors/Risistor] (r) Bớc 2: - Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode - Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình tam giác, tần số 10KHz, biên độ V pp = 5V. - Kích đúp chuột vào biểu tợng máy phát. Chọn dạng sóng phát là Pulse Data. Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau: 169 - Chạy chơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ Transient Analysis - Chúng ta có thể dùng công cụ Probe để quan sát tín hiệu tại bất cứ điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan sát ta phải giữ phím Shift. Bớc 3: - Hãy xác định điện áp ngỡng dới V iL , điện áp ngỡng trên V iH - Thay đổi các giá trị R 1 , R 2 khác nhau để so sánh miền trễ V = V iH - V iL 3. Nghiên cứu hoạt động của 74LS132 IC 74LS132 gồm 4 cửa NAND 2 lối vào. ở bài thực tập này ta cho tín hiệu hình sin vào và quan sát tín hiệu lối ra. Sơ đồ thí nghiệm: B A 10kHz V6 0/5V 74LS132 Các bớc tiến hành thí nghiệm: Bớc1: Thực hiện vẽ mạch nh các hình trên bằng cách sử dụng: 02 IC 74LS132 [Digital by Number/741xx/74132] 01 Máy phát chức năng [Analog/Instruments/Signal Gen] Bớc 2: 170 - Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -> Analog Mode - Đặt chế độ máy phát: Kích đúp chuột vào biểu tợng máy phát. Chọn dạng sóng phát là Sin Wawe Data. Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau: - Chạy chơng trình. Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ Transient Analysis - Chúng ta có thể dùng công cụ Probe để quan sát tín hiệu tại bất cứ điểm nào bằng cánh chọn Probe từ thanh công cụ (hoặc kích chuột phải sau đó chọn Probe) sau đó kích vào điểm muốn quan sát. Muốn hiện thị tín hiệu của nhiều điểm đồng thời thì khi kích vào các điểm cần quan sát ta phải giữ phím Shift. Bớc 3: - Hãy xác định điện áp ngỡng dới V iL , điện áp ngỡng trên V iH - Kích đúp vào trigơ smitt 74LS132, sau đó có thể chọn các loại IC khác nhau ví dụ nh: 4011, 4093, 74LS00, 74F132 Chạy chơng trình và so sánh các kết quả thu đợc. 4. Kiểm tra kiến thức Cho sơ đồ thí nghiệm sau: Thực hiện vẽ mạch theo sơ đồ trên. Tiến hành thí nghiệm quan sát dạng tín hiệu tại hai điểm A và B B A 4093 C1 1uF +V V1 5V R1 1k 171 C. Phô lôc Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng dông sö dông trong bµi thùc hµnh. 1. Bé so s¸nh sö dông cho trig¬ Smit t−¬ng tù Tªn IC: LF111, LF211, LF311, LM339 1 2 34 5 6 LP311 172 2. NAND hai ®Çu vµo sö dông trig¬ Smit Tªn IC: 4011, 4093, 74LS132 . hiệu phím tắt Bớc 2: - Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -& gt; Analog Mode - Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình sin, tần số 10KHz, biên độ V pp = 10V. - Chạy chơng trình. Quan. trở[General/Resistors/Risistor] (r) Bớc 2: - Chọn chế độ mô phỏng analog: Simulation -& gt; Analog Mode - Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình tam giác, tần số 10KHz, biên độ V pp = 5V. - Kích đúp chuột vào. Bớc 3: - Hãy xác định điện áp ngỡng dới V iL , điện áp ngỡng trên V iH - Thay đổi các giá trị R 1 , R 2 khác nhau để so sánh miền trễ V = V iH - V iL 2. Nghiên cứu trigơ Smitt số (Digital