THỰC TẬP KỸ THUẬT SỐ - BÀI 12 ppsx

Cần lưu ý rằng đầu ra thay đổi đột ngột về trạng thái ứng với điện áp ngưỡng nào ViL hay ViH là tuỳ thuộc vào giá trị điện áp ra và quá trình biến đổi của nó.. Trigơ Smit số có thể xây

Trang 1

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 sườn thoai thoải thành tín hiệu xung vuông

ở đây Vi là điện áp đầu vào, V0 là điện áp đầu ra Có hai điện áp ngưỡng ở đầu vào làm cho điện áp ở đầu ra thay đổi đột ngột, đó là điện áp ngưỡng dưới (hay thấp) ViL và điện áp ngưỡng trên (hay cao) ViH

Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của V0 vào Vi cũng dễ dàng giải thích Theo chiều mũi tên ta thấy, lúc đầu trạng thái lối ra là “thấp” Khi Vi = ViL thì đầu ra vẫn giữ nguyên trạng thái này Khi Vi = ViH đầu ra chuyển lên trạng thái “cao” Chừng nào Vi > ViH thì đầu ra vẫn giữ nguyên trạng thái cao Nếu bây giờ Vi bắt

đầu giảm, nhưng phải giảm đến tận giá trị Vi = ViL (thấp hơn giá trị ViH) thì đầu

ra mới thay đổi trạng thái từ cao xuống thấp Miền ΛV i =V iH ưV iL gọi là miền trễ

(hysteresis) Cần lưu ý rằng đầu ra thay đổi đột ngột về trạng thái ứng với điện áp

ngưỡng nào (ViL hay ViH) 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 V0 vào Vi 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 tương tự (Analog Schmitt Trigger)

ở đây người 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

Trang 2

KĐTT 311 và đồ thị biểu diễn hàm chuyển vào - ra ứng với giá trị ghi trong mạch

Với mạch này Vi > 1,2V thì V0 đạt đến giá trị bão hoà -13V

Vi < -1,2V thì V0 đạt đến giá trị bão hoà +13V

Đây là mạch khuếch đại có phản hồi dương và tín hiệu tác dụng vào đầu đảo

ở đây ta lại thấy xuất hiện hiện tượng trễ như phần mở đầu đã nói

Nếu đầu vào Vi là tín hiệu hình sin thì đầu ra V0 là tín hiệu vuông góc Điện

áp đầu ra V0 sẽ thay đổi đột ngột khi điện áp đầu vào Vi đạt giá trị ngưỡng ± 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 được hai giá trị ứng với hai trạng thái : cao (VCC ) và thấp (0)

Điện trở R1 và R2 tạo nên bộ chia thế Điện áp VG tại đầu vào cửa đệm được tính theo nguyên lý chồng chất từ hai điện áp Vi và V0

G

Vout Vin

R1

R2 R2

R1

Trang 3

2 1

1 0 2

1

2

R R

R V R

R

R V

+

+ +

Sử dụng điều kiện biên khi Vi = ViL , V0 = VCC

Vi = ViH , V0 = 0 Lúc này VG tiến tới giá trị ngưỡng của cửa đệm CMOS, nghĩa là VG = VT

(Threshold = ngưỡng)

2 1 1 2

1

2

R R

R V R R

R V

+

+ +

2 1 2

2 1

R

R V R

R R V

2 1

+

=

R R

R V

VT iH →

2

2 1

R

R R V

=

Miền trễ

2

1

R

R V V V

∆

Giả sử R2 = 10R1 thì ∆ Vi = 0,1VCC

Các phép tính cho trigơ Smit xây dựng từ của đệm họ TTL cũng có kết quả tương tự Tuy nhiên điện áp đầu ra V0 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 ngưỡng 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 500Ω nguồn tín hiệu phải có trở nội nhỏ Bảng gợi ý dưới 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 : R1 = 10K, R2 = 100K

Họ TTL

Dùng hai cửa đảo : 7404 (tốt nhất trong họ TTL)

Dùng một cửa đệm : 7407 hay 7417

Dùng điện trở : R1 = 330Ω , R2 = 3,3K

Nhược 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 ngưỡng bị thay đổi theo Điều này thấy rõ rệt nhất khi ta dùng cửa đảo hay cửa đệm họ TTL Hãng TEXAS

Trang 4

(Texas instrument) đã chế tạo trigơ Smit họ TTL dước 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 lưu 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

Trang 5

B Phần thực nghiệm

1 Nghiên cứu trigơ smitt tương tự

(Analog Schmitt Triger)

Trigơ smitt tương tự được xây dựng từ bộ so sánh LM339 Hay ta có thể sử dụng các bộ so sánh khác ví dụ như: LP111, LP211, LP311 Tín hiệu từ máy phát chuẩn có dạng hình sin, tần số 10 KHz, biên độ Vpp = 10V Sau đó cho qua trigơ Smitt tượng 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 bước tiến hành thí nghiệm:

Bước1:

Thực hiện vẽ mạch như 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:

[ ] Đường dẫn để lấy linh kiện trong thư viện ( ) Ký hiệu phím tắt

Bước 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 Vpp

= 10V

- Chạy chương trình Quan sát tín hiệu tại hai điểm A và B trên cửa sổ Transient Analysis

Trang 6

- 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

Bước 3:

- Hãy xác định điện áp ngưỡng dưới ViL, điện áp ngưỡng trên ViH

- Thay đổi các giá trị R1, R2 khác nhau để so sánh miền trễ ∆V = ViH - ViL

2 Nghiên cứu trigơ Smitt số

(Digital Schmitt Triger)

Chúng ta sẽ xây dựng và nghiên cứu mạch trigơ smitt được xây dựng từ hai cửa đảo Tín hiệu đưa vào được lấy từ máy phát có dạng hình tam giác Ta

được tín có dạng hình vuông

10kHz

V2

C R4 1k

R3 10k

Bước1:

02 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5)

02 Điện trở[General/Resistors/Risistor] (r)

Bước 2:

- Đặt chế độ máy phát: Tín hiệu dạng hình tam giác, tần số 10KHz, biên

độ Vpp = 5V

- Kích đúp chuột vào biểu tượng máy phát Chọn dạng sóng phát là

“Pulse Data” Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau:

Trang 7

Bước 3:

- Thay đổi các giá trị R1, R2 khác nhau để so sánh miền trễ ∆V = ViH - ViL

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

10kHz

V6 0/5V 74LS132

Bước1:

02 IC 74LS132 [Digital by Number/741xx/74132]

Bước 2:

Trang 8

- Đặt chế độ máy phát:

Kích đúp chuột vào biểu tượng máy phát Chọn dạng sóng phát là “Sin Wawe Data” Sau đó đặt các giá trị theo bảng sau:

Bước 3:

- Kích đúp vào trigơ smitt 74LS132, sau đó có thể chọn các loại IC khác nhau ví dụ như: 4011, 4093, 74LS00, 74F132… Chạy chương trình và so sánh các kết quả thu được

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

Trang 9

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

5 6

LP311

Trang 10

2 NAND hai ®Çu vµo sö dông trig¬ Smit

Tªn IC: 4011, 4093, 74LS132

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	241,92 KB