Tiểu nhóm: 26 BÀI TẬP MẠCH XUNG (CT139) Họ tên: Chương 5: Nguyễn Thanh Hùng 1080973 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI PHI ỔN Nguyễn Hữu Lộc 1080921 Trần Vũ Lâm 1080979 Điểm: Nhận xét: ĐỀ: Bài tập: 5.3- Hình (H.1) là sơ đồ nguyên lý của một mạch đuổi muỗi (Trích từ tạp chí ĐIỆN TỬ số tháng 5/2000 - 63). H.1 IC 7556 được sử dụng trong mạch thuộc họ IC định thời, gồm 2 IC 555 đóng chung trong một vỏ. a- Sinh viên hãy suy luận để suy ra chức năng của chân 3 và chân 11. Hãy cho nhận xét về cách bố trí các chân của IC 7556. b- Sinh viên hãy xác định các mạch điện cơ bản được sử dụng trong sơ đồ và nêu nhiệm vụ của các linh kiện có trong sơ đồ. c- Hãy vẽ dạng của các tín hiệu tại các ngõ ra của các IC1, IC2a, IC2b, IC2c, IC2d và suy ra nguyên lý hoạt động của mạch đuổi muỗi trên. 5.4- Hãy thiết kế một mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 để cung cấp tín hiệu cho một đèn LED với các yêu cầu như sau: Nguồn cung cấp: VV CC 5= . Tần số nhấp nháy của đèn khoảng 1Hz. Trong một chu kỳ, đèn cháy khoảng 1/3 thời gian và tắt khoảng 2/3 thời gian. Đèn LED khi cháy có độ sáng vừa phải. Bài tập thêm: Thiết kế một mạch dao động đa hài phi ổn dùng transitor (BJT), tần số 10 Hz, nguồn cấp 9V, hiển thị bằng 1 LED, thời gian sáng và tắt bằng nhau. BÀI LÀM: Bài tập: 5.3 a- Suy luận để suy ra chức năng của chân 3 và chân 11. Nhận xét về cách bố trí các chân của IC 7556. * Suy luận để suy ra chức năng của chân 3 và 11 : - IC 7556 là IC thuộc họ IC định thời, gồm 2 IC 555 đóng chung trong một vỏ. IC 7556 sẽ có 14 chân , trong đó 2 IC 555 trong IC 7556 sẽ dùng chung chân cấp nguồn (V CC ) và chân nối mass (GND), vì vậy khi nhìn vào sơ đồ mạch hình (H.1) ta có thể suy luận ra chân 3 và chân 11 của IC 7556 giống như chân 5 của IC 555 đó là chân control: dùng để thay đổi điện thế tham chiếu của mạch so sánh trong IC. - IC 555 thứ nhất gồm các chân: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14 trong IC 7556. IC 555 thứ hai gồm các chân: 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 trong IC 7556. + chân 3, (control) của IC 555 thứ nhất dùng để thay đổi điện thế tham chiếu cho các mạch so sánh của IC 555 thứ nhất. + chân 11, (control) của IC 555 thứ hai dùng để thay đổi điện thế tham chiếu cho các mạch so sánh của IC 555 thứ hai. - Trong trường hợp sơ đồ mạch của hình (H.1) thì chân 3 và chân 11 của IC 7556 không được sử dụng và được đưa xuống mass. * Nhận xét về cách bố trí các chân của IC 7556. Sơ đồ chân của IC 7556: H.2 - Ta thấy cách bố trí các chân của IC 7556 trong hình (H.2)đơn giản, hợ lý, dễ dàng phân biệt các chân của IC, khi nhìn vào sơ đồ ta có thể dễ dàng nhận ra rằng trong IC 7556 có chứa 2 IC 555 và cũng có thể suy ra được chức năng của các chân trong sơ đồ. Các chân của IC 7556 mỗi bên tương ứng với các chân của một con IC 555. Các chân được bố trí theo từng cặp tương thích. Các chân 1, 2, 3, 4, 5, 6, hay các chân 13, 12, 11, 10, 9, 8 của IC 7556 tương ứng với các chân 7, 6, 5, 4, 3, 2 của IC 555. - Cách bố trí các chân của IC 7556 trong sơ đồ mạch hình (H.1) ta thấy cách bố trí các chân của IC 7556 trong hình khá hợp lý, khi nhìn vào sơ đồ mạch ta có thể dễ dàng nhận ra rằng trong IC 7556 có chứa 2 IC 555 và cũng có thể suy ra được chức năng của các chân trong sơ đồ và làm cho mạch điện trong gọn và dễ nhìn hơn. Nhưng ở chân 5 và chân 9 của IC, ở đây khi nhìn vào có thể gây nhầm lẫn là chân 9 là ngõ ra của IC 555 thứ nhất trong IC 7556 và chân 5 là ngõ ra của IC 555 thứ hai trong IC 7556, vì vậy cách sắp xếp chân 5 và chân 9 chưa hợp lý, vì vậy trong trường hợp này ta có thể hoán đổi vị trí của chân 5 và chân 9 cho nhau để tránh nhầm lẫn. b. Xác định các mạch điện cơ bản được sử dụng trong sơ đồ và nêu nhiệm vụ các linh kiện có trong sơ đồ. * Các mạch điện cơ bản được sử dụng trong sơ đồ. - IC 555 thứ nhất trong IC 7556 hợp với R 1 , R 2 , tụ C 1 và IC 555 thứ hai trong IC 7556 hợp với R 3 , R 4 , tụ C 2 thành mạch DĐĐH phi ổn (dùng IC 555 kiểu 1) có tần số khác nhau. - IC2a hợp với chân 5 và chân 9 của IC 7556 thành mạch Schmitt Trigger sử dụng cổng NAND Schmitt Trigger. - IC2b hợp với VR1 và tụ C 3 thành mạch DĐĐH phi ổn ( kiểu dùng 1 cổng logic ) có tần số điều chỉnh được, mạch có tính Schmitt Trigger. - IC2c là mạch Schmitt Trigger kiểu dùng cổng logic, sử dụng cổng NAND Schmitt Trigger. - IC2d hợp với VR2 và R 5 ( ORP12ETC) ) thành mạch điều khiển tự động. Mạch này có chức năng cho hay không cho tín hiệu từ ngõ ra 10 của IC2c qua loa, sử dụng cổng NAND Schmitt Trigger. * Nhiệm vụ của các linh kiện có trong sơ đồ. - R 1 , R 2 trong mạch có nhiệm vụ để cho tụ C 1 nạp, và tụ xả qua R 2 để mạch DĐĐH phi ổn của IC 555 thứ nhất trong IC 7556 hoạt động. - R 3 , R 4 trong mạch có nhiệm vụ để cho tụ C 2 nạp, và tụ xả qua R 4 để mạch DĐĐH phi ổn của IC 555 thứ hai trong IC 7556 hoạt động. - VR1 trong mạch có nhiệm vụ cho tụ C 3 nạp và xả tạo để mạch DĐĐH phi ổn hoạt động ngoài ra VR1 còn dùng để điều chỉnh chu kì của IC2b theo ý muốn. - VR2 mắc nối tiếp với R 5 tạo thành cầu phân áp. R 5 khá quang trọng trong mạch điều khiển tự đông. Khi có ánh sáng chiếu vào thì giá trị điện trở của R 5 rất nhỏ coi như gần bằng 0, lúc này ngõ vào 13 của IC2d xem như nối mass. Bất chấp tín hiệu đưa vào ngõ vào 12 ngõ ra luôn luôn ở mức logic 1. Ngược lại, khi không có ánh sáng chiếu vào hay rất yếu thì giá trị của điện trở R 5 rất lớn có thể kéo điện thế ở ngõ vào 13 (IC2d) lên mức 1. Lúc này tín hiệu từ ngõ ra 10 (IC2c) đưa vào ngõ vào 12 (IC2d) sẽ được đưa ra ngõ ra 11 (IC2d). - VR2 rất quang trong (không có thì không được) vì VR2 điều chỉnh điện thế tại ngõ vào 13 (IC2d) ở mức phù hợp và chống đoản mạch khi không có ánh sáng chiếu vào R 5 - R 6 có tác dụng hạn dòng trước khi cấp cho loa. c. Vẽ dạng của các tín hiệu tại các ngõ ra của các IC1, IC2a, IC2b, IC2c, IC2d và suy ra nguyên lý hoạt động của mạch đuổi muỗi. * Vẽ dạng của các tín hiệu tại các ngõ ra của các IC1, IC2a, IC2b, IC2c, IC2d. + Chu kỳ của tín hiệu của ngõ ra 5: T 1 = (R 1 + R 2 )C 1 ln2 = 46.2 s T 2 = R 2 C 1 ln2 = 23.1 s T = T 1 + T 2 = 69.3 s + Chu kỳ của tín hiệu của ngõ ra 9: T 1 = (R 3 + R 4 )C 2 ln2 = 61.6 s T 2 = R 4 C 2 ln2 = 30.8 s T = T1+T2 =92.4 s + Chu kỳ của tín hiệu của ngõ ra 3 của IC2b nằm trong khoảng RC3<T<2RC3. + Do có dùng biến trở điều chỉnh nên 0<T<2RC3 suy ra 0<T<0.044 s.Do chu kỳ quá nhỏ nên khi vẽ dạng sóng tín hiệu chỉ vẽ tượng trưng. + Tín hiệu ở ngõ ra 11 có tần số là 22KHz nên chu kỳ là 45µs.Do chu kỳ rất nhỏ nên chỉ vẽ tượng trưng. Hình vẽ : H.3 * Nguyên lý hoạt động của mạch đuổi muỗi. - Đầu tiên cấp nguồn cho mạch , khi đó IC 7556 hoạt động các mạch DĐĐH phi ổn trong IC 7556 tạo ra các tín hiệu ở ngõ ra của chân 5 và chân 9, sau đó tín hiệu ở chân 5 và chân 9 được đưa vào ngõ vào của mạch Schmitt Trigger IC2a và tín hiệu ngõ ra của IC2a hợp với tín hiệu ngõ ra của IC2b vào ngõ vào của IC2c, sau đó tín hiệu ngõ ra của IC2c hợp với chân 13 của CD4093 vào ngõ vào của IC2d và cuối cùng tín hiệu ngõ ra của IC2d được đưa qua R 6 vào loa tạo ra tín hiệu có tần số là 22KHz và có thể đuổi được muỗi. 5.4 Ta chọn mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC555 để cung cấp cho 1 đèn LED như sau: H.4 V CC = 5V; f = 1Hz; trong một chu kỳ , đèn cháy 1/3 thời gian và tắt 2/3 thời gian. Với sơ đồ như mạch trên ta có: LED cháy khi ngõ ra 3 của IC ở mức thấp và LED tắt khi ngõ ra 3 của IC ở mức cao. Vậy: - T1: ứng với thời gian ngõ ra ở mức cao => LED tắt. - T2: ứng với thời gian ngõ ra ở mức thấp => LED cháy. Sự hoạt động của mạch được tóm tắt trong bảng sau: Dạng tín hiệu ngõ ra: H.5 Ta có: f = 1Hz => T = 1/f = 1 s T 1 = (R 1 + R 2 )CLn2 = 2T/3 = 2/3 s T 2 = R 2 CLn2 = T/3 =1/3 s T 1 = 2T 2 R 1 + R 2 = 2R 2 <=> R 1 = R 2 Ta có: T = T 1 + T 2 = (R 1 + 2R 2 )CLn2 = 3R 1 CLn2 Chọn C = 1 µ => R 1 = R 2 ≈ 480 K Ta chọn: R 1 = R 2 = 470 K - Để LED sáng vừa phải ta chọn dòng qua LED là 10mA. Hiệu điện thế giữa 2 đầu LED khi phân cực thuận khoảng 2V và điện thế ngõ ra 3 khi ở mức thấp (V OL ) là 0,2V.Ta có: Ω= −− = −− = 280 10 2.025 3 mA VVV I VVV R LED OLLEDCC Chọn R 3 = 270Ώ Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh: H.6 Bài tập thêm: Thiết kế mạch dao động đa hài phi ổn dùng transitor, hiển thị bằng một LED. Ta có sơ đồ mạch: H.7 Trước tiên ta phân cực cho BJT để LED sáng bình thường. Ta có mạch: H.8 Phân cực cho BJT hoạt động ở vùng bảo hòa, BJT có 100= β . Ở hình H.8, để led sáng bình thường ta chọn I C2 = 10 mA => Ω= − = 700 10 29 2 mA VV R C => chọn giá trị thực R C2 = 680 Ω I B2 = mA mA I C 1,0 100 10 2 == β R B2 = Ω== K mA V I V B CC 90 1,0 9 2 Chọn R B1 = R B2 = 90 ΩK => chọn giá trị thực R B1 = R B2 = 82K Ω I B1 = 0,1 mA => I C1 = 10 mA R C1 = V CC /I C1 = 9V/10mA = 900 Ω => chọn giá trị thực R C1 = 820 Ω Tính tụ C 1 và tụ C 2 : Ta có f = 10 Hz, vậy T = 1/f = 1/10 = 0,1 s T = T 1 + T 2 = (R B2 C 1 + R B1 C 2 )Ln2 Ta có thời gian phóng và nạp bằng nhau nên T 1 = T 2 , xung ra hoàn toàn đối xứng: R B1 = R B2 = R B = 90K Ω ; C 1 = C 2 = C Ta có: T = 2R B CLn2 => C = F LnK s LnR T B µ 8,0 2.90.2 1,0 22 = Ω = => Chọn giá trị thực C 1 = C 2 = C = 1 F µ Ta có sơ đồ mạch hoàn chỉnh: H.9 - HẾT -