TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF – 03B
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM TIẾN MẠNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF - 03B HẢI PHÒNG - 2015 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM PHẠM TIẾN MẠNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TÌM HIỂU MODULE KĨ THUẬT XUNG ITF – 03B NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG; MÃ SỐ: D52027 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Người hướng dẫn: ThS NGUYỄN PHƯƠNG LÂM HẢI PHÒNG - 2015 LỜI CẢM ƠN Được phân công khoa Điện – Điện Tử Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam đồng ý thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Phương Lâm, em thực đề tài: “ Tìm hiểu module kĩ thuật xung ITF – 03B ” Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường thầy cô giáo khoa Điện – Điện Tử tận tình hướng dẫn, giảng dạy em suốt thời gian học tập rèn luyện Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam Em xin gửi lời biết ơn chân thành tới thầy giáo ThS Nguyễn Phương Lâm người hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn tập thể hai lớp ĐTV52 - ĐH động viên, giúp đỡ góp ý cho em nhiều trình học tập thực đồ án Mặc dù em cố gắng để thực đồ án cách hoàn chỉnh song kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Vì em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu quý Thầy Cô bạn lớp để đề tài em hoàn chỉnh Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô khoa Điện – Điện Tử thật dồi sức khỏe thành công để tiếp tục giảng dạy truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2015 Sinh viên thực Phạm Tiến Mạnh LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan: Đồ án em thực hướng dẫn thầy giáo ThS Nguyễn Phương Lâm Các số liệu đo đạc, hình ảnh kết luận đồ án hoàn toàn trung thực Em xin chịu trách nhiệm việc nghiên cứu Sinh viên thực Phạm Tiến Mạnh MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH Số hình Tên hình Trang Hình 1.1 Các tham số đặc trưng xung đơn Hình 1.2 Các tham số đặc trưng dãy xung Hình 2.1 Module thí nghiệm ITF – 03B Hình 2.2 đặc tuyến vol – ampe điện trở tuyến tính Hình 2.3 Các loại kí hiệu điện trở thường gặp Hình 2.4 Cách đọc vòng màu điện trở Hình 2.5 Các loại điện trở thường gặp Hình 2.6 Sự tích điện vật thể nối với nguồn cấp Hình 2.7 kí hiệu tụ điện 10 Hình 2.8 Sơ đồ nạp điện tụ 10 Hình 2.9 Đặc tuyến phóng nạp tụ 11 Hình 2.10 Đặc tuyến phóng tụ 12 Hình 2.11 Hình ảnh thực tế tụ điện 12 Hình 2.12 Sự hình thành tiếp giáp P-N 13 Hình 2.13 Cấu tạo diode 14 Hình 2.14 Đặc tuyến Vol – Ampe diode 15 Hình 2.15 Kí hiệu diode 16 Hình 2.16 Hình ảnh thực tế diode 16 Hình 2.17 Cấu tạo transistor 17 Hình 2.18 Sơ đồ phân cực cho transistor 17 Hình 2.19 Họ đặc tuyến transistor 18 Hình 2.20 Đặc tuyến transistor 19 Hình 2.21 Kí hiệu transistor mạch điện 19 Hình 2.22 Hình ảnh thực tế loại transistor 20 Hình 3.1 Các mạch vi phân đơn giản 21 Hình 3.2 Mạch vi phân đơn giản 23 Hình 3.3 Dạng sóng mô mạch vi phân 23 Hình 3.4 Sơ đồ kết nối mạch vi phân module 24 Hình 3.5 Dạng sóng đầu mạch vi phân 25 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối mạch sau thay tụ 100pF trở k 25 Hình 3.7 Hình 3.8 Kết dạng sóng đầu mạch sau thay đổi số RC Kết dạng sóng đầu mạch sau thay đổi điện trở 100K 26 27 Hình 3.9 Kết dạng sóng đầu mạch sau thay trở 27 Hình 3.10 Sơ đồ mạch tích phân đơn giản 29 Hình 3.11 Mạch tích phân đơn giản 31 Hình 3.12 Dạng sóng mô mạch tích phân đơn giản 31 Hình 3.13 Sơ đồ kết nối mạch tích phân thí nghiệm 32 Hình 3.14 Kết dạng sóng đầu mạch tích phân 33 Hình 3.15 Sơ đồ kết nối mạch tích phân thay trở 100K 34 Hình 3.16 Kết dạng sóng đầu mạch tích phân sau thay trở 100 K 34 Hình 3.17 Sơ đồ kết nối mạch tích phân sau thay tụ 1000pF 35 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Kết dạng sóng đầu mạch tích phân sau thay tụ 1000 pF Các mạch hạn chế biên độ dùng diode mắc song song Sơ đồ tương mạch hạn chế dùng diode mắc song song Đặc tuyến lí tưởng hóa diode 35 38 38 39 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Sơ đồ tương đương diode khóa diode mở Mạch hạn chế mức không E e0 không Kết mô ảnh hưởng điện dung kí sinh đến dạng sóng đầu 39 40 40 Hình 3.25 Sơ đồ kết nối mạch xén xung biên 42 Hình 3.26 Kết dạng sóng đầu mạch xén xung biên 42 Hình 3.27 Sơ đồ kết nối mạch xén xung biên 43 Hình 3.28 Kết dạng sóng đầu thu mạch xén xung biên 43 Hình 3.29 Sơ đồ kết nối mạch xén xung biên 44 Hình 3.30 Kết dạng sóng đầu mạch xén xung hai biên 45 Hình 3.31 Sự hình thành thiên áp động 46 Hình 3.32 Mạch ghim điện áp ngưỡng V 46 Hình 3.33 Mạch ghim điện áp ngưỡng V 47 Hình 3.34 Các mạch ghim có ngưỡng ghim khác không 48 Hình 3.35 Sơ đồ kết nối mạch ghim có ngưỡng 0V 49 Hình 3.36 Kết dạng sóng đầu mạch ghim có ngưỡng 0V 49 Hình 3.37 Sơ đồ kết nối mạch ghim có ngưỡng 0V 50 Hình 3.38 Dạng sóng đầu mạch ghim có ngưỡng 0V 50 Hình 3.39 Sơ đồ kết nối mạch ghim có ngưỡng 3V 51 Hình 3.40 Hình 3.41 Hình 3.42 Kết dạng sóng đầu mạch ghim có ngưỡng 3V Sơ đồ kết nối mạch ghim có ngưỡng ghim -3 V Kết dạng sóng đầu mạch ghim có ngưỡng ghim -3V 52 53 53 Hình 3.43 Mô hình mạch AND 55 Hình 3.44 Bảng trạng thái mạch AND 55 Hình 3.45 Sơ đồ mạch AND dùng diode 55 Hình 3.46 Sơ đồ kết nối mạch AND 56 Hình 3.47 Kết tín hiệu đầu mạch AND 56 Hình 3.48 Mô hình mạch OR 57 Hình 3.49 Bảng trạng thái mạch OR 57 Hình 3.50 Sơ đồ mạch OR dùng diode 57 Hình 3.51 Sơ đồ kết nối mạch OR 58 Hình 3.52 Kết thu đầu mạch OR 58 Hình 3.53 Mô hình mạch NOT 59 Hình 3.54 Bảng trạng thái mạch NOT 59 Hình 3.55 Mạch NOT mắc tải collector 59 Hình 3.56 Kết mô dạng sóng vào mạch NOT 60 Hình 3.57 Sơ đồ kết nối mạch NOT 60 Hình 3.58 Kết dạng sóng đầu mạch NOT 61 Hình 3.59 Hình 3.60 Hình 3.61 Hình 3.62 Hình 3.63 Hình 3.64 Hình 3.65 Hình 3.66 Sơ đồ tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm điện áp Sơ đồ mạch tương đương điện trở mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm điện áp Sơ đồ mạch tương đương điện trở mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm điện áp Sơ đồ mạch tương đương điện dung mạch điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp âm điện áp Sơ đồ tương đương mạch tạo điện áp biến đổi đường thẳng dùng hồi tiếp dương điện áp Sơ đồ mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller Kết mô mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller Khi cấp xung vuông tần số 1khz tới đầu vào có biên độ 5V Sơ đồ kết nối mạch điện áp biến đổi đường thẳng có hồi tiếp âm kiểu miller 10 62 62 63 63 64 65 65 66 Bật nguồn module Hình 3.101 Sơ đồ kết nối mạch T –Flip –Flop Kết thu Hình 3.102 Kết dạng sóng đầu đầu Q Trên oxilo thu tín hiệu biên độ, tần số ngược pha Nhận xét :Nguyên nhân sườn sau xung đồng mạch chuyển từ trạng thái ổn định sang trạng thái ổn định khác Và trạng thái ổn định có transistor thông bão hòa transistor khóa hoàn toàn Dẫn đến đầu Q có mức điện áp ngược 107 10 triger Schmitt + Định nghĩa: Triger smith có tác dụng tạo xung vuông Khi điện áp đầu vào lớn ngưỡng đầu cho mức điện áp cao Còn nều đầu vào lớn mức ngưỡng đầu mức thấp Đầu giữ nguyên điện áp điện áp vào nằm hoàn toàn ngưỡng ngưỡng 15V R K R K Input Signal R b1 12K OUTPUT C C 0 u R K 100P Q Q R 10K R 5K R b2 K R 470 Hình 3.103 Sơ đồ mạch Trigger Schmitt Khi tín hiệu đầu vào sóng hình sine đầu có dạng xung vuông + Diễn giải nguyên lí hoạt động: Hình 3.104 Kết mô dạng sóng đầu vào trigger Schmitt 108 Khi không kích thích xung đầu vào Tr1 phân áp để khóa , làm cho Tr2 thông bão hòa Đầu thu điện áp xấp sỉ Ve Tr2 Khi tín hiệu đầu vào cao ngưỡng định xác định việc điều chỉnh biến trở đầu vào làm cho Tr1 thông bão hòa làm giảm điện áp Colector Tr1 Sự giảm thông qua điện dung tăng tốc điện trở Rb1 mắc song song với tác động tới chân B Tr2 làm Tr2 khóa hoàn toàn dẫn đến điện áp đầu collector Tr2 tăng đến mức nguồn cung cấp Như đầu có mức điện áp cao Đến tín hiệu vào thấp ngưỡng mở Tr1 đầu lại mức điện áp thấp Thời gian chuyển mạch transistor TR1 Tr2 tín hiệu đầu vào vừa vượt qua ngưỡng mở Tr1 nhỏ Do tín hiệu đầu có dạng xung vuông (độ rộng sườn xung nhỏ ) Quy trình kết thực nghiệm: +Tắt nguồn module Kết nối dây cắm ,2 kênh Ch1 Ch2 oxilo tới đầu vào đầu mạch Kết nối nguồn tín hiệu sine 1khz , Vpp =10V vào đầu vào mạch Vặn biến trở hết cỡ theo chiều kim đồng hồ Kết thu được: Bật nguồn module ,quan sát dạng sóng đầu Hình 3.105 Sơ đồ kết nối trigger Schmitt 109 Hình 3.106 Dạng sóng đầu trigger Schmitt Tín hiệu đầu vào đo chân B có dạng hình sine có: Biên độ đỉnh đỉnh : A = 1,8 ô 5V = V Chu kì : T =5 ô 0,2ms = 1ms Tần số tín hiệu : f = 1/T = khz Đầu thu tín hiệu xung vuông có: Biên độ đỉnh đỉnh : Vpp =2 ô 5V = 10V Chu kì tí hiệu thu : T = ô 0,2ms = ms Tần số tín hiệu = khz : f = 1/T Độ rộng xung : Tx = ô 0,2ms = 0,4 ms Độ rỗng xung : = 2,6 ô 0.2ms = 0,52ms +Vặn hết cỡ biến trở ngược chiều kim đồng hồ Tín hiệu thu Hình 3.107 Dạng sóng đầu trigger Schmitt 110 Tín hiệu xung vuông đầu thu có biên độ không đổi độ rộng giảm Biên độ : A =2,6 ô 2V Chu kì tí hiệu thu : T = ô 0,2ms Tần số tín hiệu : f = 1/T = 5.2 V = = ms khz Độ rộng xung : Tx = ô 0,2ms = 0,2 ms Độ rỗng xung : = 0,8ms = ô 0.2ms 111 3.11 Phối hợp mạch module để điều khiển dạng xung đầu 3.11.1 Bộ đếm xung mạch module Schmitt trigger Differentiation Circuit Astable multivibrator Clamp circuit AND J-K flip -flop Output Monostable multivibrator NOT Hình 3.108 Sơ đồ khối đếm xung Trong hệ mạch bao gồm nguồn sóng sine , mạch vi phân ,mạch ghim điện áp có tác dụng tạo xung đếm Hệ mạch gồm mach dao động đa hài , jk – flip flop ,mạch dao động đa hài chế độ đợi có tác dụng tạo xung khống chế đống mở cổng AND để đưa xung đếm Kết nối mạch module hình 2.58 giáo trình hướng dẫn thí nghiệm Chỉnh kênh oxilo Vol/div =5V ,Time /div =1ms Lưu ý : Do mạch dao động đa hài chế độ đợi ,không lắp thêm biến trở 50k, điện trở 10k hướng dẫn giáo trình ,do để thay đổi số RC mạch phải thay tụ điện C Tụ điện C chọn cho thời gian tồn xung đầu phải nhỏ chu kì dao động xung đầu vào đưa tới từ mạch RS – Flip Flop Nếu không đầu hệ mạch khống chế đóng mở cổng dao động Giá trị tụ điện C chọn :C = 0,2uF 112 Hình 3.109 Sơ đồ kết nối đếm xung Dạng sóng đo từ phần mạch hệ có dạng: Hình 3.110 Dạng sóng vào ,ra mạch Trigger Schmitt 113 Hình 3.111 Dạng sóng vào hệ mạch vi phân mạch ghim điện áp Hình 3.112 Dạng sóng đầu mạch đa hài dạng sóng đầu mạch RS –Flip Flop Chỉnh time /div =0.5 ms 114 Hình 3.113 Dạng sóng đầu vào đầu mạch dao động đa hài chế độ đợi Chỉnh time /div =1 ms Hình 3.114 Dạng sóng đầu vào đầu mạch not có dạng 115 Hình 3.115 Dạng sóng thu cửa vào mạch AND Hình 3.116 Dạng sóng đầu đếm Kết luận :Với xung khống chế mở cổng thu cụm xung đếm đầu hệ mạch Sự suất cụm xung thay xung nhiễu sai lệch máy sóng 116 3.11.2 Mạch tạo xung quét oxilo S Mạch dao động đa hài output RS-Flip Flop Resisto r R Miller RESET Monostable Multivibrator NOT Schmitt Trigger Hình 3.117 Sơ đồ khối tạo xung quét Hệ mạch bao gồm nguồn dao động mạch dao động đa hài ,Và vòng hồi tiếp gồm mạch RS –flip flop , Miller , Schmitt trigger ,mạch NOT , mạch dao động đa hài chế độ đợi có tác dụng chia tần tạo xung quét đầu mạch miller Kết nối mạch module theo hình 2.61 giáo trình hướng dẫn thí nghiệm Chỉnh kênh oxilo Vol/div =5V ,Time /div =1ms Lưu ý : Hệ mạch muốn có dao động đầu mạch miller Thì bắt buộc đầu mạch trigger Schmitt phải tồn tín hiệu xung vuông Nếu tín hiệu đầu vào S RS –Flip Flop bị ngắn mạch xuống đất thông qua diode D1 Như đầu không xuất dao động sau thời điểm kích thích hệ Để đầu trigger Schmitt có dao động phải đảm bảo tín hiệu xung tam giác đầu vào vượt qua ngưỡng mở bão hòa transistor Tr1 Do mạch miller cố định nên phải điều chỉnh biến trở đầu vào trigger Schmitt để đầu tín hiệu đưa vào chân B Tr1 có biên độ lớn nhất.Thì có dao động đầu 117 Hình 3.118 Sơ đồ kết nối tạo xung quét Hình 3.119 Dạng sóng thu đầu mạch dao động đa hài đầu Q mạch RS Flip Flop 118 Hình 3.120 Dạng sóng thu đầu vào mạch miller ,cũng đầu hệ Hình 3.121 Dạng sóng thu đầu vào đầu mạch trigger Schmitt 119 Hình 3.122 Dạng sóng thu đầu vào đầu mạch dao động đa hài chế độ đợi Kết luận: Ở đầu hệ mạch thu xung tam giác có thời gian quét thuận biên độ tương đối tuyến tính 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Vương Cộng , Kĩ thuật xung,1970 Klaus Beuth , Linh kiện điện tử , NXB Giáo dục ,2008 121