Giáo trình : Kỹ thuật xung part 9 ppt

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 106 Hình 6.25 Trong khoản thời gian từ 0 đến t 1 , tụ C xả điện theo phương trình sau v c (t) = (V + βV) e -t / RC , tại t = 2 T ; ta có v c (T/2) = V - βV ⇒ V - βV = (V + βV) e -T / 2RC ⇒ e -T / 2RC = VV VV β β + − ⇒ T RC2 1 1 = + − ln β β ⇒ TRC= + − 2 1 1 ln β β Vậy f = 1 T Nhận xét Tần số phụ thuộc vào R và C, tỉ số β = + R RR 1 12 chứ không phụ thuộc vào nguồn nuôi V. Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 107 5. Mạch đa hài dùng IC555 a. Cấu trúc IC555 Sơ đồ bên trong của IC555 Hình 6.26 • Về cơ bản, 555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF, từ đó lái transistor xả (discharge) và tầng ra. • Chức năng một số chân được mô tả như sau: - Chân 2 : TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với CC V 3 1 . Khi điện áp ở chân này dưới 1/3 V CC thì ngõ ra Q của FF xuống [0], gây cho chân 3 tạo một trạng thái cao. - Chân 3 : OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao trong khoảng thời gian đònh thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó có thể cấp hoặc hút dòng đến 200mA - Chân 4: RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ đònh thì bò ngắt, đưa 555 về trạng thái không có kích. Đây là chức năng ưu tiên để 555 không thể bò kích trừ khi RESET được giải phóng (>1,0V). Khi không sử dụng nối chân 4 lên V CC . Comparator I Com p arator II 2 4 Reset 8 VCC + - 5 Discharge 3 Output 7 + - 6 1 GND S R Q \ Q Threshold Trigge r Control Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 108 - Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm CC V 3 2 . Một điện trở nối đất hoặc điện áp ngoài có thể được nối vào chân 5 để thay đổi các điểm tham khảo (chuẩn) của comparator. Khi không sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất F μ 01.0≥ cho tất cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu nguồn cấp điện. - Chân 6: Threshold (ngưỡng) điểm nhạy mức với CC V 3 2 . Khi điện áp ở chân này > CC V 3 2 . FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp. - Chân 7: Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng để xả tụ đònh thì. Vì dòng collector bò giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất lớn ( F μ 1000> ) không bò hư. - Chân 8: V CC điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5 đến 16V so với chân mass. Việc đònh thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số đònh thì do thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0.05% /V b. Mạch đa hài bất ổn dùng 555 Hình 6.27 0.1 uF C 555 2 6 7 4 8 5 Trigger Threshold Discharge Reset Vcc Output CV R2 R1 VCC 1 Vout Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 109 Dạng sóng tại chân 2 và 3 Hình 6.28 Sinh viên áp dụng quá trình nạp xả của tụ, xác đònh chu kỳ tín hiệu ra c. Mạch đơn ổn dùng 555 Hình 6.29 t t 1 3 CC V 2 3 CC V V CC V 2 (t) V 3 (t) R 0.1uF V kich LM555 2 5 3 7 6 4 8 1 TR CV Q DIS THR R VCC GND C OUTPUT V CC Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 110 Dạng sóng tại chân 2, 6 và 3 Hình 6.30 III. MẠCH TẠO XUNG DÙNG CỔNG LOGIC Sự ra đời của mạch tích hợp đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển của ngành chế tạo linh kiện điện tử. Đặc biệt các mạch tích hợp số với chức năng đa dạng, phong phú, chỉ với các cổng logic cơ bản như AND, OR, NOT ,v.v… mạch tích hợp số được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lónh vực ứng dụng của điện tử kỹ thuật, trong đó có kỹ thuật xung Rất nhiều mạch tạo xung trước đây dùng linh kiện bán dẫn rời như BJT, UJT,… đều có thể thay thế bằng các mạch tích hợp số Trong phần thí nghiệm trước, đã giới thiệu IC đònh thì 555 ứng dụng trong kỹ thuật tạo xung. Phần này sẽ giới thiệu thêm các mạch tạo xung chủ yếu sử dụng các cổng logic cơ bản t t 2 3 CC V V CC V 6 (t) V 3 (t) t V 2 (t) Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 111 1. Mạch đa hài đơn ổn Mạch đa hài đơn ổn thường dùng trong các mạch tạo xung, tạo delay, phát hiện độ rộng xung, mạch lọc thông dải v.v…. Khi được kích khởi, mạch đa hài đơn ổn tạo một xung ở ngõ ra có độ rộng độc lập với độ rộng của tín hiệu ngõ vào. Có 2 dạng mạch: mạch có khả năng kích khởi lại và mạch không có khả năng kích khởi lại. So sánh sự khác nhau giữa 2 loại mạch trên như sau Hình 6.31 a) Mạch 1. Mạch đa hài đơn ổn dùng cổng NOR Hình 6.32. Đa hài đơn ổn dùng cổng NOR Mạch gồm 2 cổng NOR, một tụ điện được nối giữa cổng I0 và I1. Tại thời điểm mở điện, nếu các ngõ vào I0 ở mức 0, ngõ ra của I0 sẽ ở mức cao, giả sử V C ban đầu bằng 0 thì V Out I0 = V DD V Out I1 = logic 0 Mạch sẽ giữ nguyên trạng thái này do tụ C không nạp điện được t 1 nonretriggerable retriggerable t 1 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 112 Khi có một mức điện áp cao đặt vào ngõ vào I0 dẫn đến V Out I0 = 0 và giả sử rằng điện áp trên tụ không thay đổi đột ngột (V C = 0) dẫn đến V X = 0 và V out = 1. V out = 1 hồi tiếp về I0 vì vậy V out I1 vẫn giữ mức thấp mặc dù xung ngõ vào đã xuống thấp. Lúc này nguồn V DD sẽ nap điện qua R, C làm điện áp trên C tăng hay điện áp V X tăng, khi V X vượt qua ngưỡng logic của I1 (V IH ) . Ngõ ra I1 = 0, mạch lại quay về trạng thái ban đầu V X được tính như sau Thay V X bằng điện áp ngưỡng V TH tính được thời gian tồn tại xung ngõ ra Mạch 2. Mạch đơn ổn có khả năng kích khởi lại dùng 74HC123 74HC123 có các chức năng sau: Được kích khởi bằng ngõ vào có mức logic cao hoặc thấp Trực tiếp Reset Các ngõ vào đều sử dụng Schmitt trigger ngoại trừ ngõ reset 74HC123 là mạch đơn ổn có khả năng kích khởi lại với độ rộng xung ngõ ra được điều khiển bởi điện trở ngoài và tụ điện ngoài. Sơ đồ chân và bảng sự that như sau: Hình 6.35 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 113 Cách mắc điện trở ngoài Khi giá trò tụ C > 10000pF thì độ rộng xung ra được tính theo công thức sau t W = K x R EXT x C EXT với t W độ rộng xung ra (ns) R EXT :điện trở ngoài (kΩ) C EXT : điện dung ngoài (pF) 2. Mạch đa hài bất ổn a) Mạch 1. Mạch ring oscillator Mạch đa hài phi ổn đơn giản sử dụng cổng là mạch ring oscillator bao gồm N cổng đảo được ghép nối tiếp như hình sau (với N lẻ) Hình 6.36. Đa hài phi ổn Ring Oscillator Chu kỳ T được tính như sau T = 2 N t pd Với giả sử rằng thời gian trễ của xung lên và xuống của cổng đảo là bằng nhau và bằng t pd . Vì t pd có thể thay đổi theo nhiệt độ, nhà chế tạo nên chu kỳ T trên có thể thay đổi Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 114 b) Mạch 2. Mạch dao động Schmitt Trigger Hình 6.37. Đa hài phi ổn Schmitt Trigger Mạch này sử dụng cổng đảo Schmitt trigger với đặc tuyến như sau Tần số dao động được tính toán theo công thức sau f = 1/T = 1/RC Giải thích Hình 6.38. Dạng sóng tại điểm A, B Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 115 Giả sử ban đầu Vc = 0 nên V A = 0 dẫn đến ngõ ra B ở mức 1. V B = 1 sẽ nạp điện cho C qua R. Khi V C đạt đến V P thì ngõ vào cổng đảo đạt mức logic 1 và ngõ ra là mức logic 0, lúc này tụ xả điện qua R và điện áp trên tụ giảm dần đến V N , tại V N ngõ vào cổng đảo chuyển xuống mức 0 và ngõ ra mức 1 tức thời. c) Mạch 3. Hình 6.39. Tần số dao động f = 1/(2.2RC) Giải thích Hình 6.40. Dạng sóng tại các điểm A, B, C, D [...]... vào B ở mức thấp → ngõ ra B ở mức 1 và đặt mức 1 ở cathode của diode nên quá trình nạp của tụ Cy chấm dứt Nguyễn Trọng Hải Trang 117 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Do VCx ban đầu = 0 nên khi ngõ ra B ở mức cao thì ngõ vào A ở mức cao Tụ Cx bắt đầu nạp qua Rx và Dx Quá trình giải thích tương tự Hình 6.34 Thời gian tồn tại xung được quyết đònh bởi C, R và điện áp ngưỡng VT Thời gian để điện áp đạt đến... cổng 1 xuống 0 và Q=1 Tụ C2 lúc này nạp điện qua R2 dẫn đến ngõ vào cổng 2 ở mức cao và ngõ ra Q = 0 Quá trình cứ tiếp tục Điện trở R1 thường chọn bằng R2 Tần số dao động được tính theo công thức: f = 1 2( R1 + R3 )C Mạch chỉ thích hợp cho các tần số cao Nguyễn Trọng Hải Trang 116 Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 e) Mạch 5 Dao động đa hài đơn ổn dùng cổng NOT Hình 6.33 Đa hài đơn ổn dùng cổng NOT Giả...Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Tại thời điểm đầu giả sử ngõ ra IC 1 ở mức cao và ngõ ra IC2 ở mức thấp V A = VB = 1 Khi tụ C nạp điện, điện áp VB giảm dần, tốc độ giảm được quyết đònh bởi tụ C và R VTH là điện áp . trong kỹ thuật tạo xung. Phần này sẽ giới thiệu thêm các mạch tạo xung chủ yếu sử dụng các cổng logic cơ bản t t 2 3 CC V V CC V 6 (t) V 3 (t) t V 2 (t) Bài giảng Kỹ thuật Xung. ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lónh vực ứng dụng của điện tử kỹ thuật, trong đó có kỹ thuật xung Rất nhiều mạch tạo xung trước đây dùng linh kiện bán dẫn rời như BJT, UJT,… đều có thể. 8 5 Trigger Threshold Discharge Reset Vcc Output CV R2 R1 VCC 1 Vout Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6 Nguyễn Trọng Hải Trang 1 09 Dạng sóng tại chân 2 và 3 Hình 6.28 Sinh viên áp dụng quá trình nạp xả của tụ, xác đònh