GT KT XUNG- SO (90H) -CĐNghe

Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử PHẦN I KỸ THUẬT XUNG Chương CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN A MỤC TIÊU CỦA BÀI: - Trình bày khái niệm xung điện, dãy xung - Giải thích tác động linh kiện thụ động đến dạng xung - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, xác B NỘI DUNG CHÍNH Định nghĩa xung điện, các tham số dãy xung Tín hiệu biến đổi đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng thơng tin đó Tín hiệu chia làm loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung) Trong đó tín hiệu hình sin xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục, có đường biểu diễn hình 1-1 Ngược lại tín hiệu hình vng xem tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu khụng liên tục hình 1-2 Hình 1-1: Tín hiệu hình sin Hình 1-2: Tín hiệu hình vuông 1.1 Định nghĩa Xung điện tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn có thể so sánh với trình độ mạch điện Xung điện kỹ thuật chia làm loại: loại xung xuất ngẫu nhiên mạch điện, mong muốn, gọi xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng (Hình 1.3) Hình 1.3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng bản: (Hình 1.4) Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hình 1.4: Các dạng xung các mạch điện thiết kế Dãy xung vng xuất hình máy sóng điều chỉnh tốc độ quét chậm, thấy có đường vạch ngang Khi điều chỉnh tốc độ quét nhanh, hình máy sóng xuất đường vạch tạo nên hình dạng xung với đường dốc lên dốc xuống - Cạnh xuất trước xung gọi sườn trước xung - Cạnh nằm đỉnh có giá trị cực đại gọi đỉnh xung - Cạnh xuất sau xung để trở trạng thái ban đầu gọi sườn sau xung - Cạnh nối khoảng cách từ sườn trước sườn sau trục tọa độ xung gọi đáy xung 1.2 Các thông số xung điện dãy xung Dạng xung vng lý tưởng trình bày Hình 1.5 Hình 1.5: Các thơng số xung  Độ rộng xung: Là thời gian xuất xung mạch điện, thời gian thường gọi thời gian mở ton Thời gian không có xuất xung gọi thời gian nghỉ t off  Chu kỳ xung: Là khoảng thời gian lần xuất xung liên tiếp, tính theo cơng thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung tớnh theo cụng thức: f= T (1.2)  Độ rỗng hệ số đầy xung: - Độ rỗng xung tỷ số chu kỳ độ rộng xung, tính theo cơng thức: Q= T Ton (1.3) - Hệ số đầy xung nghịch đảo độ rỗng, tính theo cơng thức: Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh n= Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Ton T (1.4) Trong thực tế, người ta quan tâm đến tham số này, người ta quan tâm thiết kế nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp chiều tạo sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc mạch điều chỉnh cho mạch điện cấp đủ dùng, đủ công suất, cung cấp cho tải  Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, xung vuông, xung chữ nhật không có cấu trúc cách lý tưởng Khi đại lượng điện tăng hay giảm để tạo xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian độ) mạch có tổng trở vào nhỏ có thành phần điện kháng nên sườn trước sau không thẳng đứng cách lí tưởng Do đó thời gian xung tính theo cơng thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau Hình 1.6 a: Cách gọi tên cạnh xung Độ rộng sườn trước t1 tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90% trị số biên độ xung độ rộng sườn sau t tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung Trong xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa mạch điện điều khiển Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V Sườn trước xung nhịp tính từ xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V sườn sau xung nhịp tính từ xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V 10% giá trị điện áp đáy đỉnh xung dùng cho việc chuyển chế độ phân cực mạch điện Do đó mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch đòi hỏi độ xác tính ổn định cao  Biên độ xung cực tính xung Biên độ xung giá trị lớn xung với mức thềm 0V (U, I)Max (Hình 1.7) Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hình mơ tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc đó ta thấy vach nằm song song (Hình 1.7b) khơng thấy vạch hình thành sườn trước sườn sau xung nhịp Khi giảm thời gian quét ta có thể thấy rõ dạng xung với sườn trước sườn sau xung (Hình 1.7c) Hình 1.7: Xung vng hình máy sóng a Xung vuông lý tưởng b Xung vuông tăng thời gian quét c Xung vuông giảm thời thời gian quét Giá trị đỉnh xung giá trị tính từ đỉnh xung liền kề (Hình 1.8) Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung Cực tính xung giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung: Hình 1.9: Các dạng xung dương xung âm Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Trong thực tế xung điện tảng kỹ thuật điều khiển Các thiết bị điều khiển đời điều khiển mạch điện có chức đơn giản thường cần điều khiển xung Ví dụ Mạch đóng mở cửa tự động: Khi có người vào qua hệ thống cảm biến nhận dạng tạo xung tác động vào mạch điều khiển đóng mạch rơ le điều khiển động mở cửa.1.2.2 Chuỗi xung: Trong kỹ thuật, để điều khiển, mạch điện thường không dùng xung để điều khiển, mà dùng nhiều xung khỏang thời gian định, gọi chuỗi xung hay dãy xung (Hình1.10 ) Trong chuỗi xung, xung có hình dạng giống biên độ Nếu chuỗi xung tạo liên tục trình làm việc gọi chuỗi xung liên tục Nếu chuỗi xung tạo khỏang thời gian định gọi chuỗi xung gián đọan Đối với chuỗi xung gián đọan, ngồi thơng số xung còn có thêm thông số: - Số lượng xung chuỗi, - Độ rộng chuỗi xung, - Tần số chuỗi xung Hình 1.10: Chuỗi xung liên tục (a) chuỗi xung gián đoạn (b) Tác dụng R - C các xung 2.1 Tác dụng mạch R - C các xung 2.1.1 Mạch tích phân: Là mạch mà tín hiệu ngõ tích phân theo thời gian điện áp tín hiệu ngõ vào Hình1.11: Hình 1.11: Mạch tích phân Vo(t) = KVi(t)dt V0: điện áp ngõ Vi: điện áp ngõ vào K: hệ số tỉ lệ K < Đối với xung vng Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Nếu gọi  = R.C số thời gian nạp, xả tụ Có trường hợp xãy sau:  > Ti Khi  > Ti thời gian nạp vào xả tụ chậm nên biên độ xung Vo thấp đường cong nạp xả điện gần tuyến tính (đường thẳng) (Hình 1.12) Vi t Ti Vo Vo Vo Khi  > T Hình 1.12: Các dạng xung với các trị số  khác mạch tích phân Như vậy: Nếu chọn R, C thích hợp Mạch tính phân có thể tạo xung cưa từ xung vng Trường hợp tín hiệu ngõ vào chuỗi xung hình chữ nhật với thời gian Ton > Toff cho tụ nạp điện xả điện chưa hết lại nạp điện làm cho điện áp tụ tăng dần b Đối với xung nhọn Người ta có thể xem xung nhọn xung chữ nhật có cực tính hẹp, đó, qua mạch tích phân, biên độ xung giảm xuống thấp đường cong xả điện gần Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử không đáng kể, nên kỹ thuật, mạch điện dùng để lọai bỏ xung nhiễu nguồn Hình1.13 Hình 1.13: Dạng sõng ngõ mạch tích phân ngõ vào các xung nhọn 2.1.2 Mạch vi phân: mạch có điện áp ngõ Vo(t) tỷ lệ với vi phân điện áp ngõ vào Vi(t) theo thời gian Uo(t) = k dU i (t ) dt Kỹ thuật mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung, tạo xung nhọn để kích mở linh kiện điều khiển SCR, Triac, JGBT, Mạch điện mô tả mạch điện dạng xung: Vi t C Vi Vo Vo R t Vo t Vo t a) b) Hình 1.14: a) Sơ đồ nguyên lý mạch vi phân b) Các dạng xung Vi Vo a Đối với xung vuông: với chu kỳ Ti số thời gian  = R.C có trường hợp xảy ra:  >Ti: Tụ C đóng vai trò tụ liên lạc tín hiệu đó R làm tải tín hiệu nên đỉnh xung phần sau có giảm cho xung có cực tính trái dấu b Đối với xung nhọn: thời gian  >>Ti nên mạch đóng vai trò mạch liên lạc tín hiệu Có tín hiệu ngõ Vo thấp Vi 2.2 Tác dụng mạch R-L các xung 2.2.1 Mạch tích phân: tương tự mạch tích phân dùng RC ta có điện áp V o tỉ lệ với tích phân điện áp ngõ vào Vi Ui(t) = KVi(t)dt Vi L Vo R Hình 1.14: Mạch tích phân dùng RL K= R R Ta có V0(t) = L L 2.2.2 Mạch vi phân: V0(t) = K dVi (t ) dt Vi R Vo L Hình 1.15: Mạch vi phân dùng RL Mạch điện trình bày Hình 1.15 Tác dụng mạch dạng xung giống mạch RC Tác dụng mạch R-L-C các xung Trong thực tế, mạch điện không dùng mạch mắc theo RLC mạch xử lý dạng xung, thường sau xử lý xong mạch RLC thường dùng để lọc tín hiệu xử lý bù pha dòng điện, dòng điện hay điện áp qua L, C bị lệch pha góc 90 ngược nhau, nên cùng lúc qua L C dẫn đến chúng lệch góc 1800 Nên dễ sinh tượng cộng hưởng, tự phát sinh dao động Khi tác động vào mạch đột biến dòng điện, mạch phát sinh dao động có biện độ suy giảm dao động quanh trị số không đổi Ir Nguyên nhân suy giảm do điện trở song song với mạch điện R r làm rẽ nhánh dòng điện ngõ Nếu tần số cộng hưởng riêng mạch trùng với tần số xung ngõ vào làm cho mạch cộng hưởng, biên độ ngõ tăng cao Nếu ngõ vào chuỗi xung thì: - Nếu thời gian lặp lại xung ngắn chu kỳ cộng hưởng biên độ ngõ tăng dần theo thời gian dễ gây áp ngõ vào tầng Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử - Nếu thời gian lặp lại xung với chu kỳ cộng hưởng biên độ tín hiệu ngõ gần với tín hiệu ngõ vào, có dạng hình sin thềm điện áp hìn sin tắt dần, khơng có lợi cho mạch xung số Trong thực tế mạch dùng để lọc nhiễu xung có biên độ cao tần số lớn với điện áp ngõ vào có dạng hình sin C CÂU HỎI ÔN TẬP Nêu điểm khác dạng mạch mạch vi phân mạch tích phân Cần phải biết cung cấp yếu tố liệu thiết kế mạch vi phân hay mạch tích phân? Khi tần số xung thay đổi, phải làm để dạng xung khơng đổi? Nêu ý nghĩa sườn trước sườn sau xung vuông Nêu ý nghĩa hệ số đầy Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Chương MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI A MỤC TIÊU CỦA BÀI: - Trình bày cấu tạo, đặc điểm, ứng dụng mạch dao động đa hài - Phân tích nguyên lý hoạt động mạch dao động đa hài - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, xác B NỘI DUNG CHÍNH Mạch dao động đa hài lưỡng ổn 1.1 Mạch dùng Transistor - Sơ đồ: HI +12v R C 1 ,8 k R C ,8 k R D D IO D E R C 18k 18k + Q 1R 1001 Q 1R 1001 T1 Vin C R R T2 0 R B1 47k R B2 47k 0 - 6v - Nguyên lý hoạt động Giả sử có mạch F/F đối xứng( T1, T2 tên điện trở phân cực cho hai Transistor có trò số) hai transistor cân cách tuyệt đối nên có chạy mạnh chạy yếu Giả sử T1 chạy mạnh T2 nên dòng điện IC1 lớn qua RC1 làm điện áp VC1 giảm Điện áp VC1 qua điện trở R2 phân cực cho T2 làm VB2 giảm, làm T2 chạy yếu Khi T2 chạy yếu dòng IC2 nhỏ qua RC2 làm điện áp VC2 tăng Điện áp VC2 qua điện trở R1 phân cực cho T1 lảm VB1 tăng làm T1 chạy mạnh Cuối T1 tiến tới bão hoà T2 ngưng dẫn Nếu tác động khác mạch trạng thái Đây trạng thái mạch F/F Ngược lại T2 chạy mạnh T1 lý luận tương tự T2 tiến tới bão hoà, T1 ngưng dẫn, mạch Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 10 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hình 11: Mở rộng số đường liệu Giới thiệu IC 4.1 EPROM Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 113 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử 4.2 SRAM Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 114 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử C BÀI TẬP Một nhớ có 14 đường địa vào đường liệu - Xác định dung lượng nhớ - Xác định vùng địa theo mã Hex - Cho biết tên 10 dịa sau cùng - Cho biết tên dịa thứ 2345 Viết chương trình diều khiển bảng tên trường sử dụng EPROM với số dòng 100 Viết chương trình tạo bảng chữ sử dụng EPROM với khổ chữ x diểm sáng Cho IC nhớ có dung lượng 2K x ; Hãy kết nối IC để tạo thành nhớ có : + Dung lượng 2K x 24 + Dung lượng 4K x + Dung lượng 4K x 16 + Dung lượng 164K x Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 115 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Chương 7: KỸ THUẬT DAC VÀ ADC A MỤC TIÊU CỦA BÀI: - Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi ứng dụng chuyển đổi A/D D/A - Giới thiệu số IC chuyển đổi thông dụng - Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, xác B NỘI DUNG CHÍNH Mạch chuyển đổi số tương tự (DAC) 1.1 Tổng quát chuyển đổi DAC DAC chuyển đổi tín hiệu ngõ vào dạng số thành tín hiệu ngõ dạng tương tự Nói cách khác mạch DAC nhận vào mã số nhị phân n bit chuyển đổi thành tín hiệu điện có điện VA Tín hiệu điện áp VA tỉ lệ với mã số nhị phân ngõ vào Sơ đồ khối DAC: Hình 7.1: Sơ dồ khối DAC Khảo sát quan hệ mã số nhị phân bit vào điện ngõ hinh 7.2 Hình 7.2: Bảng trạng thái biểu đồ dạng sóng ngõ DAC bit 1.2 Thông số kỹ thuật chuyển đổi DAC Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 116 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử  Độ phân giải: Độ phân giải DAC lượng (là điện áp dòng điện) thay đổi nhỏ có thể xảy ngõ tương tự tương ứng với ngõ vào số Độ phân giải với kích thước bậc thang (Step Size- thể hình 7.2) Quan hệ ngõ tương tự ngõ vào số là: VA = K x Di K: Hệ số tỷ lệ (Vol A) phụ thuộc vào đặc điểm DAC Ví dụ 1: Cho DAC bit với đặc điểm dòng điện 10 mA tương ứng với trạng thái nhị phân ngõ vào là: 10100 Hãy xác định thông số tỷ lệ K giá trị dòng điện ngõ vào DAC 11101 Giải: Ngõ tương tự = 10 mA; ngõ vào số 101002 = 2010 10mA 0,5mA 20  thông số tỷ lệ: K  Với ngõ vào số 111012 = 2910  IOUT = K x ngõ vào số = 0,5x29 = 14,5mA Ví dụ 2: Cho DAC bit biết V OUT = 1V trạng thái nhị phân ngõ vào 00110010 Hãy xác định điện áp cực đại DAC Giải: Ta có: ngõ vào cực đại = 28-1 = 255; ngõ vào với trạng thái 001100102 = 50; VOUT = 1V  Thông số tỷ lệ K  0,02V 20mV 50  VOUT(MAX) = 0,02 x 255=5,1V Độ phân giải: Q  FS 2n  n: số bit ngõ vào DAC FS: giá trị ngõ cực đại  Độ phân giải phần trăm: Mặc dù có thể biểu diễn độ phân giải dòng điện điện áp bước (Step Size), hữu ích biểu diễn độ phân giải theo tỷ lệ phần trăm ngõ cực đại (toàn giai ( Full Scale) R%= Stepsize Q 100  100  n 100 FS FS 1 Ví dụ : Một DAC 10 bit có bước nhảy = 10mV Hãy xác định điện áp đầu cực đại (đầy thang) phần trăm độ phân giải Giải: Với 10 bit có 210 – = 1023, bước 10mV  FS = 10mV x 1023 = 10,23 V Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 117 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh R% = Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử 10mV x100 0,1% 10,23V 1.3 Mạch DAC dùng điện trở có trị số khác DAC dùng nhiều điện trở có trị số khác dựa tảng mạch khuếch đại đảo dấu có nhiều ngõ vào kết hợp với công tắc điều khiển số nhị phân thể hình vẽ sau: Hình 7.3: Sơ dồ mạch Quan hệ Vo mã số ngõ vào là: Với n: số ngõ vào D VREF: Điện tham chiếu Qui ước : D0 VREF D1.VREF D V    n  0REF ) n n R.2 R.2 R.2 R D D D V0  F ( n 01  n 12  n0 )VREF R 2 V0  RF ( D = Công tắc đóng D = Công tắc hở Ví dụ: Cho mạch DAC sử dung điện trở có trị số khác với số ngõ vào n = 4; VREF = -5V; RF = R = 1K a, Vẽ mạch điện b, Thiết lập bảng DIN VOUT c,Tính R% Giải: a.Vẽ mạch điện Ta có: R.2n-1 = 1.24 -1 = 8K R.2n-2 = 1.24 -2 = 4K R.2n-3 = 1.24 -3 = 2K R.2n-4 = 1.24 -4 = 1K b Thiết lập bảng DIN VOUT Cơng thức tính điện ngõ theo mã số vào: VOUT 5.( Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 118 D3 D2 D1 D    ) (V) GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Vậy ta thiết lập quan hệ DIN VOUT bảng 7.1 đây: c.Tính độ phân giải % Từ kết ta có: Stepsize = 0,625V; FS = 9,375  R%= Stepsize x100 6,67% FS Hoặc ta có thể tính % độ phân giải theo cơng thức: % độ phân giải = 1 x100  x100 6,67% 1 1 n Nhận xét: Điện ngõ có thể dương âm thay đổi VREF điện ngõ VOUT thay đổi theo Điều cho phép với mã số nhị phân định ta có thể chuyển đổi thành điện tuỳ ý Khi mã số nhị phân vào nhiều bit mạch sử dụng nhiều loại điện trở điện trở tương ứng với bit (LSB) có giá trị lớn so với điện trở ứng với bit MSB điều làm giảm độ xác mạch Điện ngõ bị giới hạn nguồn cung cấp cho OPAMP ( max ± 15V) 1.4 Mạch DAC sử dụng ng̀n dòng Ngõ dòng OPAMP chuyển đổi dòng thành áp, minh hoạ hình 7.5 (b) Trong đó: VOUT = - RF x IOUT Quan hệ dòng ngõ với nhị phân ngõ vào là: Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 119 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử I OUT ( D D D1 D VREF    ) R Và công thức tổng quát cho n ngõ vào là: I OUT ( D V Dn Dn    n 01 ) REF 2 R Công thức mô tả bảng 8.2 đó Ii (i = 0,1,2, 15) tính sau: D3 D2 D1 D0 = 0000  I OUT 0 I O D3 D2 D1 D0 = 0001  I OUT  VREF I O1 D3 D2 D1 D0 = 1110  I OUT  VREF VREF VREF V   7 REF I O14 4 D3 D2 D1 D0 = 1111  I OUT  VREF VREF VREF VREF V    15 REF I O15 8 1.5 Mạch DAC sử dụng điện trở R 2R Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 120 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Viết phương trình nút nút A,B,C,D: với VA = V+ = V- = Giải hệ phương trình ta có: VOUT  VREF ( D D1 D D3    ) 23 2 21 20 Trường hợp tổng quát: VOUT  VREF ( D0 D D  n 12   n0 ) n 2 2 Mạch chuyển đổi tương tự số (ADC) 2.1 Tổng quát chuyển đổi ADC Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 121 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử ADC chuyển đổi tín hiệu ngõ vào tương tự có giá trị VA thành chuỗi số nhị phân n bit Sơ đồ khối tổng quát CK: Chuỗi xung đồng hồ có tần số xác định VREF: Điện tham chiếu phục vụ cho việc chuyển đổi A –D  Khảo sát quan hệ ngõ vào ngõ ra: Giả sử ta có quan hệ ngõ vào ngõ mạch ADC sau: Hình 7.7: Bảng trạng thái biểu đồ dạng sóng vào ADC Nhận thấy đường trung bình khơng qua gốc toạ độ Như điện áp ngõ vào biến thiên từ – 0,9999 V mã số ngõ 000 Nếu cộng thêm vào VA điện có giá trị - 0,5V tức - ½ LSB lúc đường trung bình qua gốc toạ độ chuyển đổi xảy sau: Như độ xác cao sai số xem giảm ½ 2.2 Vấn đề lấy mẩu giữ: Khi nối trực tiếp điện tương tự với đầu vào ADC, điện tương tự biến thiên trình chuyển đổi mạch điện làm việc sai , mã số ngõ không tương ứng với điện áp ngõ vào Người ta sử dụng mạch lấy mẫu giữ để trì điện tương tự ngõ vào không đổi suốt thời gian thực việc chuyển đổi Một mạch lấy mẫu giữ có thể thực hình vẽ 7.8 Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 122 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hoạt động mạch sau: A1 mạch khuếch đại đệm có trở kháng ngõ vào cao , trở kháng ngõ thấp nhằm tạo điều kiện nạp nhanh cho tụ C h Tại thời điểm t1 xung lấy mẫu tác động tụ Ch nhanh chóng đạt đến giá trị VA Khi xung lấy mẫu chấm dứt tụ Ch trì điện áp VA(t1) ngõ cung cấp cho mạch ADC 2.3 Mạch ADC dùng điện áp tham chiếu nấc thang - Sơ đồ mạch: Hình 7.9: ADC với điện tham chiếu nấc thang - Nguyên lý hoạt động: Trước t1 thời điểm xung điều khiển mức thấp trạng thái mạch sau: - Xung CK bị khoá - Bộ dếm bị xoá - Ngõ DAC có VA, = - VCOMP = + VCC - Ngõ mạch tạo mức logic trạng thái Tại t1 thời điểm xung điều khiển từ lên (Start) Cổng AND cho xung CK qua kích đếm làm việc  ngõ Q0Q1 Qn-1 có giá trị tăng dần theo tốc độ xung CK Các ngõ Q0Q1 Qn-1 thông qua DAC làm cho VA  VAlớn VA  Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 123 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử VCOMP = -Vcc  ngõ mạch tạo mức logic trở đóng cổng AND  đếm ngưng làm việc (dừng lại giữ nguyên trạng thái) Tại thời điểm t2 thời điểm mà xung Start từ cao xuống thấp  đếm bị xóa Lúc FF-D xuất liệu chuyển đổi được, Như điện áp ngõ vào cao, tốc độ xung đếm không đổi thời gian để VA, đạt ngưỡng VA chậm có nghĩa mã số có giá trị lớn 2.4 Mạch ADC gần đúng lấy liên tiếp Đối với mạch SAC có điểm khác với ADC dùng điện tham chiếu bậc thang SAC không sử dụng đếm cung cấp ngõ vào cho DAC, thay vào đó lại dùng ghi Logic điều khiển sửa đổi nội dung lưu ghi theo bit một, liệu ghi biến thành giá trị số tương đương với ngõ vào tương tự V A phạm vi độ phân giải chuyển đổi - Sơ đồ khối mạch SAC – ADC thể sau: - Nguyên lý hoạt động mạch trình bày sau:  Hoạt động ban đầu với logic diều khiển xóa bit ghi 0, cho: Q0 = Q1 = Qn-1 = hay  Q 0 , ngõ DAC VA,0 = 0V  VA,0 < VA  đầu so sánh V COMP = +VCC vào mạch tạo mức logic để đưa ngõ lên mức logic đưa tới logic điều khiển  Đến bước logic điều khiển đặt ghi có MSB = Q n-1 = 1các bit còn lại tức MS:  Q 1000 MS đưa tới ngõ vào số DAC  ngõ DAC có VAX = VAX1 có thể xảy trường hợp sau: - Nếu VA,1> VA ngõ mạch logic xuống thấp  Logic điều khiển xóa MSB = - Nếu VA,1 < VA ngõ mạch logic giữ mức  Logic điều khiển trì MSB = Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 124 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử  Tiếp đến Logic điều khiển xử lý bít Q n-2 = 0, tức  Q ?100 MS đưa tới ngõ vào số DAC  ngõ DAC có V AX = VAX2 có thể xảy trường hợp sau: - Nếu VA,2 > VA ngõ mạch logic xuống thấp  Logic điều khiển xóa Qn-2 =  Được đưa tới ngõ vào số DAC  ngõ DAC có VA,n có thể xảy trường hợp sau: - Nếu Nếu VA,2 < VA ngõ mạch logic giữ mức  Logic điều khiển trì Qn-2 = - Cuối cùng Logic điều khiển xử lý LSB = Q = 1, tức  Q ??? tương tự V > VA ngõ mạch logic xuống thấp  Logic điều khiển xóa Q0 = - Nếu VA,n < VA ngõ mạch logic giữ mức  Logic điều khiển trì Q0 = Quá trình chuyển đổi kết thúc , An  Ví dụ: Cho SAC bit có VA = 10,2 V; DAC có Step Size = 1V Hãy: - Tại t0 Logic điều khiển xóa bit ghi 0, tức  Q 0000 VA,0 = 0V < VA = 10,2V ngõ so sánh lên mức cao - Tại t1 Logic điều khiển đặt MSB = Q3 = ghi, bit còn lại 0, tức  Q 1000  VA,1 = 8V < VA = 10,2V  ngõ mạch tạo mức logic mức xác lập MSB = Q3 = - Tại t2 Logic điều khiển tiếp tục xử lý bit nhỏ Q 2, nó đặt Q2 = nhằm tạo  Q 1100  VA,2 = 12V > VA  ngõ mạch tạo logic xuống mức  Logic điều khiển liền xóa Q2 - Tại thời điểm t3, Logic điều khiển đặt Q1 =1, cho  Q 1010  VA,3 = 10V < VA = 10,2V  ngõ mạch tạo logic lên mức 1, yêu cầu Logic điều khiển trì Q1 = - Tại t4 thời điểm xảy bước cuối cùng, đó Logic điều khiển đặt Q =1, cho  Q 1011  VA,4 = 11V > VA = 10,2V  ngõ mạch tạo logic xuống mức 1,  Logic điều khiển liền xóa Q2 - Tại thời điểm t4 nội dung ghi  Q 1010 chốt ngõ xuất liệu ngồi kết thúc q trình chuyển đổi Như với ngõ vào tương tự có VA = 10,2V mạch SAC cho mã số ngõ Q3Q2Q1Q0 = 1010 2.5 Mạch ADC chuyển đổi song song Khảo sát mạch điện hình vẽ: Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 125 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hình 7.11 (a) FLASH-ADC Ta có quan hệ ngõ vào ngõ thể qua bảng trạng thái sau: Mạch mã hóa ưu tiên tác dụng mức cao có ngõ vào I 1, I2, I7, mức độ ưu tiên theo thứ tự tăng dần từ I1  I7 Ta có hàm ngõ ra: D0  I1 I  I3 I  I I  I ; D1  I I  I I  I ; D2  I Ứng với mức điện áp VA ngõ vào tương tự nằm giới hạn đó ta có trạng thái ngõ số ví dụ: Với 2V 1< VA< 3V1 ta nhận thấy C1 = C2 = 0, mạch mã hóa có mức độ ưu tiên theo thứ tự tăng dần từ C  C7 nên mạch mã hóa đáp ứng mức thấp C2 = Vậy từ hàm ngõ ta có trạng thái ngõ số tương ứng D2D1D0 = 010 FLASH- ADC ADC tốc độ cao nhất, đòi hỏi sơ đồ mạch phức tạp loại khác Ví dụ ADC bit đòi hỏi 63 so sánh tương tự 64 điện trở, ADC bit đòi hỏi 255 so sánh tương tự 256 điện trở, ADC 10 bit đòi hỏi 1023 so sánh 1024 điện trở Nói chung ADC nhanh n bit cần n – so sánh tương tự 2n điện trở Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 126 GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử C BÀI TẬP Cho mạch điện hình vẽ: Vout Vin = +10V 1k 2k G0 G1 1k 2k G2 G3 Xác định phạm vi điện áp ngõ ngõ vào G mã số nhị phân bit Mạch DAC bit dạng sử dụng điện trở có trị số khác với R F = RMSB =1K ; VREF = - 12V - Vẽ mạch điện - Tính Step size Vo max - Tính V0 mã số vào 11001100 Mạch DAC bit dạng sử dụng điện trở R 2R với VREF = - 12V - Vẽ mạch điện - Tính độ phân giải phần trăm Mạch DAC bít có điện áp ngõ 2V mã số vào 01100100 Xác định điện áp ngõ mã số vào 10110011 Mạch ADC bit mã số 11111111 điện áp vào 3V Xác định mã số vào 2,75V TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thúy Vân Kỹ thuật số, Nxb KHKT 2008 [2] Nguyễn Hữu Phương, Mạch số, NXB khoa học kỹ thuật 2004 [3] Giáo trình kỹ thuật số - ĐH SPKT TP HCM [4] Nguyễn Thúy Vân, Giáo trình Kỹ thuật số, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 [5] Nguyễn Bính, Điện tử cơng suất, NXB Khoa học kỹ thuật 2005 Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang 127 GVBS: Trần Văn Đạt ... Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện lạnh & Điện tử Hình mơ tả dạng xung tăng thời gian quét máy so ng Lúc đó ta thấy vach nằm song song (Hình 1.7b) khơng thấy vạch hình thành... CEbh = 0,2(v) Dạng so ng vào (Khơng xét q trình q độ ảnh hưởng đến dạng so ng) Mạch ghim áp Là mạch giữ hai mức tín hiệu điện áp AC đạt đến mức xác định, mà không bị biến dạng so ng Mạch ghim... giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung: Hình 1.9: Các dạng xung dương xung âm Giáo trình Kỹ thuật Xung - Số Trang GVBS: Trần Văn Đạt Trường Cao đẳng Nghề Trà Vinh Khoa KT Điện – Điện