Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng dụng về các mạch đa hài

Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài

Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ của cách mạng thông tin, ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ nhanh nhất. Những người có trí tưởng tượng phong phú nhất cũng không thể hình dung được tương lai của ngành điện tử sẽ diễn biến theo chiều hướng nào. Các đồ điện tử tin học, các thiết bị thông tin giải trí vừa mới mua sắm đã trở thành lạc hậu, lỗi thời. Linh kiên điện tử càng ngày càng nhỏ bé, vừa tiết kiệm năng lượng vừa tích hợp nhiều chức năng. mạch điện tử vì thế càng ngày càng thay đổi về hình dáng và cấu trúc. Các vi mạch (IC) đời mới chứa được hàng trăm linh kiện, một IC có thể thay thế cho nhiều tầng hay nhiều khối chức năng. Mỗi thiết bị điện tử đều gồm rất nhiều mạch, hầu hết những mạch ấy đều được cải tiến từ một số mạch cơ bản ban đầu. Chỉ cần một thay đổi nhỏ là một mạch ban đầu có thể biến thành một mạch mới với tính năng mới. Bằng cách thay đổi cách nối dây, thay đổi vị trí hay thêm bớt linh kiện là người ta có thể biến mạch cơ bản thành hàng trăm mạch mới với nhiều tính năng tác dụng mới. 3 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Mạch dao động đa hài cũng là một mạch cơ bản, nó được dùng nhiều trong hầu hết các thiết bị kĩ thuật số, trong máy thu hình, đầu đĩa, máy tính, trò chơi,đồng hồ hay các thiết bị quảng cáo trang trí …. Riêng lĩnh vực trang trí, có đến vài chục loại IC chuyên điều khiển các đèn chớp sáng hay các chữ chạy nhảy như AN6879, 6877, 6878, 6884, 6891, 6888, 6887… các IC này đều được cải tiến từ mạch dao động đa hài dùng Tranzistor. Với sự hướng dẫn của thầy Phạm Duy Khánh, sinh viên nhóm 12 – lớp học phần H2 xin được trình bày những hiểu biết về mạch đa hài tự kích trong bài viết dưới đây. PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Mạch đa hài tự kích dùng tranzistor 1.1. Phân tích mạch điện 1.1.1. Cấu tạo Mạch đa hài tự kích dùng Tranzistor có cấu tạo từ hai tầng khuếch đại phụ tải cực góp mắc hồi tiếp với nhau bởi các tụ C 1 , C 2 như hình 1.1a 1.1.2. Sơ đồ mạch đa hài tự kích dùng tranzitor. 4 R C1 R C2 T 2 T 1 R B2 R B1 C 1 C 2 +E C U C2 U C1 (a) (b) 0 0 0 0 t t t t U B1 U B2 U C1 U C2 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 -E C 0,6V Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài tự kích và giản đồ thời gian. Ta giả thiết mạch là đối xứng thì khi đóng mạch nguồn cung cấp cả hai Tranzistor đều thông, dòng điện qua hai Tranzistor là bằng nhau, điện thế trên cực góp của các Tranzistor là như nhau. Tuy nhiên hiện tượng đối xứng tuyệt đối trong thực tế là không tồn tại do có sai số giữa các điện trở, tụ điện, độ tản mạn các tham số của các Tranzistor cùng loại v.v nên một trong hai Tranzistor sẽ dẫn mạnh hơn. 1.2. Nguyên lí hoạt động Giả thiết Tranzistor T 1 dẫn mạnh hơn → I C1 tăng → U C1 giảm, lượng giảm áp này thông qua tụ C 1 đưa cả sang cực gốc đèn T 2 làm U B2 giảm theo. Điện áp điều khiển U B2 của T 2 giảm làm I C2 giảm và U C2 tăng. Lượng tăng áp trên cực 5 T 1 R E C R R T 2 T 1 R R C C E C U C2 U C1 WR Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung dùng Tranzistor Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài góp của T 2 thông qua tụ C 2 đưa cả đến cực gốc của T 1 nên U B1 tăng → I C1 tiếp tục tăng. Quá trình này chỉ kết thúc khi I C2 giảm về bằng “0” (T 2 khoá hẳn: U C2 ≈ E C ) và I C1 đạt giá trị I C1bh (T 1 mở boã hòa: U C1 ≈ 0). Ngay khi T 1 mở bão hoà, T 2 khoá chắc chắn thì tụ C 2 được nạp theo đường: +E C → R C2 → C 2 → r beTr1 → mát (âm nguồn E C ). Đồng thời với quá trình nạp điện của tụ C 2 là quá trình phóng điện của tụ C 1 : +C 1 → r ceTr1 → E C (qua nội trở của nguồn) → R B2 → -C 1 . Chính quá trình phóng điện của tụ C 1 tạo nên một sụt áp âm trên tiếp giáp gốc - phát của T 2 giữ cho T 2 ở trạng thái khóa chắc chắn. Theo thời gian dòng phóng của tụ C 1 giảm dần, điện thế trên cực gốc của T 2 bớt âm dần. Khi điện áp U beTr2 ≥ 0 thì đèn T 2 sẽ thông lại bắt đầu một quá trình hồi tiếp như sau: I C2 tăng → U C2 giảm → U B1 giảm → I C1 giảm → U C1 tăng → U B2 tăng Kết thúc quá trình hồi tiếp trên, T 1 khóa, T 2 thông bão hòa bắt đầu quá trình nạp điện của tụ C 1 và phóng điện của tụ C 2 , U C1 ≈ E C , U C2 ≈ 0. Qua các phân tích ở trên ta thấy mạch có thể tự động chuyển từ trạng thái cân bằng không ổn định này sang trạng thái cân bằng không ổn định khác mà không cần tín hiệu kích thích từ ngoài. 1.3. Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước 6 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Mạch có hai đầu ra được lấy trên hai cực góp của hai Tranzistor T 1 (U C1 ) và T 2 (U C2 ). U C1 , U C2 thực chất là hai dãy xung có biên độ sấp xỉ bằng nguồn nuôi của mạch là E C và U C1 = 5 C2 . Chu kỳ T của hai dẫy xung ra này được tính theo biểu thức: T = τ 1 + τ 2 . Trong đó : τ 1 = R 1 .C 1 .Ln2 ≈ 0,7. R 1 .C 1 là hằng số thời gian phóng của C 1 . τ 2 = R 2 .C 2 .Ln2 ≈ 0,7. R 2 .C 2 là hằng số thời gian phóng của C 2 . ⇒T ≈ 0,7.(R 1 .C 1 + R 2 .C 2 ). Nếu ta chọn: R 1 = R 2 = R, C 1 = C 2 = C thì T =1,4.R.C. Nhìn vào biểu thức của T ta thấy khi muốn thay đổi tần số xung ra ta chỉ việc thay đổi điện dung tụ C hoặc giá trị điện trở R. Ở hình 1.2, khi ta thay đổi biến trở WR thì hằng số thời gian phóng nạp của tụ C 1 và C 2 đều thay đổi, dẫn đến độ rộng xung ra thay đổi. 7 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Với cách mắc trên ta có chu kỳ T là: T ≈ 1,4.(WR + R).C. Trong mạch ta chọn Tranzistor là loại N-P-N có công suất nhỏ nhưng hệ số khuếch đại lớn như loại Tranzistor silic có nhãn hiệu C 828 , hoặc C 945 . Ví dụ 1: Có các số liệu R B1 = R B2 = R = 10kΩ; R C1 = R C2 =1kΩ; C 1 = C 2 = 0,47µF ta có thể dùng biến trở để tần số xung ra là 50Hz như sau: f = 50Hz ⇒ 1 T f = =1/50=0.02(s) Ta có T=1,4(R +WR)C 6 0,02 WR= 30,4 1,4.0,47.10 R k − ⇒ + = Ω ⇒ WR = 30,4-R = 30,4 – 10 = 20,4kΩ Vậy cần điều chỉnh giá trị của biến trở WR = 20,4 kΩ thì tần số xung ra là 50Hz Hằng số thời gian phóng của tụ C 1 là: τ 1 = R B2 .C 1 .Ln2 ≈ 0,7R 1 C 1 Hằng số thời gian phóng của tụ C 1 là: τ 2 = R B1 .C 2 .Ln2 ≈ 0,7R 2 C 2 ⇒ T ≈ 0,7(R 1 C 1 + R 2 C 2 ) Khi C1 ≠ C2 thì τ 1 ≠ τ 2 các xung ra sẽ là các xung không đối xứng hay nói cách khác độ rộng của 2 xung là khác nhau. 1.4. Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim 8 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng Tranzistor 9 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.4 : Giản đồ điện áp ra U C1 (màu đỏ) và điện áp U B1 (màu xanh) 10 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài 11 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.5 : Giản đồ điện áp ra U C2 (màu đỏ) và điện áp U B2 (màu xanh) 2. Mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán 2.1. Phân tích mạch điện Để lập các xung vuông tần số thấp hơn 1000Hz sơ đồ đa hài (đối xứng hoặc không đối xứng) dùng IC tuyến tính dựa trên cấu trúc của một mạch so sánh hồi tiếp dương có nhiều ưu điểm hơn sơ đồ dùng Tranzistor đã nêu. Tuy nhiên do tính chất tần số của IC khá tốt nên ở tần số cao việc ứng dụng sơ đồ IC mang nhiều ưu điểm hơn. Hình 2.1 là sơ đồ nguyên lý (hình 2.1a) và giản đồ thời gian (hình 2.1b) làm việc của mạch phát xung dùng vi mạch khuếch đại thuật toán. 12 + _ KĐTT R R 1 R 2 C u ra N P (a) +U CC -U CC τ 1 τ 2 T 0 0 U c U r U _ P U + P +U ra max -U ra max t t t 4 (b) t 1 t 2 t 3 +U ra max -U ra max [...]... hiểu về các mạch đa hài đặc biệt là các mạch đa hài tự kích em đã hoàn thành đề tài Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài tự kích với 3 mạch cơ bản đó là : Mạch đa hài tự kích dùng 2 tranzistor, mạch đa hài tự kích dùng IC KDTT và mạch đa hài tự kích dùng IC555 Bước đầu hiểu rõ được chức năng của các linh kiện trong mạch, hiểu và phân tích nguyên lí hoạt động của từng mạch, ... 2.2.10−7 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Với R = 1,3kΩ và WR = (1-226)kΩ thì tần số điện áp thay đổi từ (101000)Hz 2.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm mutilsim Hình 2.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán 17 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 2.4 : Giản đồ điện áp Uv(màu xanh) và điện áp Ura(màu đỏ) 3 Mạch đa hài tự kích... 67.10−4 = 4, 76k Ω 1, 4.10−7 Chọn R = 1,43kΩ và WR1 = 70kΩ, WR2 = 3,33kΩ Với R = 1,43kΩ và WR = (3,33-70)kΩ thì tần số điện áp thay đổi từ (1001500)Hz 3.4 Mô phỏng mạch bằng phần mềm mutilsim 24 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 2.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng IC 555 25 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 2.3 : Giản đồ điện áp ra chân... thầy và các bạn để bài viết của nhóm hoàn thiện hơn 26 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Tháng 8 năm 2014 Xin chân thành cám ơn ! 27 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ môn Kỹ thuật điện tử, Giáo trình Kỹ thuật điện tử tương tự, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên [2] TS Nguyễn Viết Nguyên, Kỹ thuật mạch. .. nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555 Vi mạch 555 là loại vi mạch được dùng để phát xung vuông chuyên dụng Muốn tạo ra được dẫy xung liên tục người ta tiến hành ghép vi mạch này với tụ điện và điện trở như hình vẽ Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của phát xung của vi mạch 555 ta quan sát sơ đồ trải của vi mạch 555 hình 3.2 19 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 3.2:.. .Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung (a) và giản đồ thời gian (b) Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy KĐTT (khuếch đại thuật toán) cùng hai điện trở R1 và R2 tạo thành một mạch trigơ smit có điện áp ngưỡng lấy trên điện trở R1: uP = uR1 Điện áp đặt tới đầu vào của trigơ Smit (đầu vào đảo của KĐTT) được lấy trên tụ C và tuân theo... 2.1,1.R.C = 2,2.R.C 15 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung sử dụng µA741 Nhìn vào biểu thức trên ta thấy: khi muốn thay đổi tần số của dẫy xung ra ta có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện dung của tụ C hoặc thay đổi giá trị điện trở R Hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý một mạch phát xung dùng khuyếch đại thuật toán dùng vi mạch µA741 có độ... lại từ +UCC → KĐTT → R → C → mát 2.3 Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước Qua các phân tích trên ta thấy quá trình phóng và nạp của tụ C đều thông qua điện trở R trong các khoảng thời gian 0 ÷ t1, t1 ÷ t2, lúc đó phương trình vi phân để xác định UN(t) có dạng: dU N U _ UN = ± ra max dt RC 14 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Giải phương trình vi phân trên... Quan sát trên sơ đồ ta thấy điện áp trên tụ C được đặt tới đầu vào còn lại của hai mạch so sánh nên giá trị điện áp trên tụ sẽ quyết định trạng thái của chúng 20 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 3.3: Giản đồ thời gian của điện áp trên mạch phát xung 3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch * Giả sử tại thời điểm đầu (t = 0) điện áp trên tụ C là U C = 2 Ucc thì đầu ra 3... Phân tích mạch điện Khối phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dãy xung vuông liên tục cung cấp cho khối đếm Yêu cầu đặt ra đối với khối này là dãy xung vuông được tạo ra có tần số thay đổi được để từ đó có thể thay đổi được tốc độ hiển thị Hình 3.1 là sơ đồ nguyên lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng được các yêu cầu trên 18 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình . xanh) 10 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài 11 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.5 : Giản đồ điện áp ra U C2 (màu đỏ) và điện. dụng về các mạch đa hài Hình 1.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng Tranzistor 9 Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.4 : Giản đồ điện áp ra U C1 (màu đỏ) và điện áp. t 5 -E C 0,6V Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch đa hài tự kích và giản đồ thời gian. Ta giả thiết mạch là đối xứng thì khi đóng mạch nguồn