Tài liệu học phần kỹ thuật xung số chương 2

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT XUNG SỐ TS NGUYỄN LINH NAM Chương 2: DAO ĐỘNG ĐA HÀI 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG 2.2 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG TRANSISTOR 2.3 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG OP-AMP 2.4 MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG IC555 Mục tiêu chương: - Mô tả công dụng mạch dao động đa hài - Vẽ sơ đồ mạch giải thích nguyên lý hoạt động mạch dao động đa hài: + Mạch dùng BJT + Mạch dùng OP-AMP + Mạch dùng IC555 - Có khả phân tích, tính tốn, thiết kế số mạch dao động tạo xung thực tế KHÁI NIỆM CHUNG: Dao động đa hài dùng để mạch tạo tín hiệu có dạng xung vng v0 t1 t2 t T Theo linh kiện, mạch dao động đa hài dùng: BJT cổng logic khuếch đại thuật toán OP-AMP (KĐTT) IC555 Theo chế độ hoạt động : mạch hai trạng thái bền (bistable) mạch trạng thái bền (monostable) mạch không trạng thái bền (astable) Trạng thái bền trạng thái làm việc ổn định mạch thay đổi trạng thái có xung kích khởi Ngược lại, trạng thái không bền trạng thái tạm thời, tồn thời gian ngắn tự động chuyển đổi sang trạng thái khác MẠCH HAI TRẠNG THÁI BỀN (BISTABLE) Trong mạch ổn định hai trạng thái Nó khơng thể tự chuyển đổi trạng thái, mà lật từ trạng thái sang trạng thái khác xung kích hoạt bên ngồi Mạch gọi flip-flop Nó dùng cho lưu trữ bit thông tin, sử dụng rộng rãi kỹ thuật logic số nhớ máy tính MẠCH MỘT TRẠNG THÁI BỀN (MONOSTABLE) Mạch có trạng thái bền vững trạng thái không bền Mạch tồn trạng thái bền, có xung kích khởi mạch chuyển sang trạng thái không bền sau khoảng thời gian định, mạch tự động trở trạng thái bền ban đầu Thời gian tồn trạng thái không bền khơng phụ thuộc vào độ rộng xung kích khởi mà phụ thuộc vào trị số linh kiện mạch Các mạch monostable thường ứng dụng làm mạch tạo dạng xung, làm mạch định thời MẠCH KHÔNG TRẠNG THÁI BỀN (ASTABLE) Mạch thường gọi mạch dao động đa hài dùng để tạo xung vuông với độ rộng xung tần số cho trước Mạch có hai trạng thái khơng bền, q trình hoạt động tự chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái khác mà khơng cần có xung kích khởi từ bên MẠCH HAI TRẠNG THÁI BỀN (BISTABLE) Mạch dùng BJT +Vcc iRc Rc1 C1 C2 + Rc2 RL + R1 R2 iR iR1 ic ib RL Q1 1 t Vi2 t v C1 t v C2 t 11 Q2 iRb Rb1 V i1 Rb2 Vi1 Vi1 -Vbb MẠCH MỘT TRẠNG THÁI BỀN (MONOSTABLE) Mạch dùng BJT + T Q1 T Q2 D D -Ở trạng thái bền: Q1 tắt, Q2 dẫn vc1=Vcc-icbo1Rc1=Vcc vc2=0 tụ C nạp đến xác lập D Q1 D Q2 T T Kích xung vi âm vào cực Q2 → Q2 tắt ib2 ic2 →0 vc2 → Vcc iRc2 đổ qua R1 vào cực Q1 → Q1 chế độ bão hòa ib1 ic1 tăng vc1 → trì Q2 tắt Mạch chuyển sang trạng thái khơng bền: Q1 bão hòa, Q2 tắt Tính chu kỳ dao động T0: T0=T1+T2=2T1 Phương trình nạp tụ C: t=t2 ta có T0=T1+T2=2T1 Chú ý: để tạo dãy xung vng có độ rộng phần xung dương độ rộng phần xung âm khác nhau, người ta phải tạo mạch nạp cho tụ C theo chiều dương chiều âm riêng biệt sơ đồ mạch: TẠO DAO ĐỘNG BẰNG VI MẠCH ĐỊNH THỜI (IC555) Vi mạch có khả định thời từ vài micro giây tới Bộ so sánh (chân 2): 2Vcc/3 Flip Flop → chân mức thấp Transistor bão hòa chân nối mass Chân thường dung để điều khiển nối với điểm chung qua tụ CS=0,010,1μF để chống nhiễu Chân số 4: reset Mạch monostable Ở trạng thái bền: Flip Flop → v0=VL Transistor: bão hòa → chân 7: có điện gần không (nối mass) Điện áp rơi C: + - Kích khởi xung Vi < 1/3Vcc vào chân 2: Flip Flop → v0=VH →trạng thái không bền Transistor: tắt → chân 7: bị cách li Tụ C nạp: Vcc→R (τ=RC) vC → >2/3Vcc : so sánh hoạt động Flip Flop → 1, v0=VL →trạng thái bền Transistor : bão hòa, chân nối mass Tụ C xã điện qua R’ chân vC=0 Thời gian tụ C nạp điện khoảng thời gian để xác định độ rộng xung T0 Quy luật biến đổi điện áp vC(t) mạch trạng thái không bền: Khi t=T0 ta có vC(T0)=2/3Vcc Vậy: Mạch astable + Trạng thái không bền Khi cấp nguồn Vcc: vC = (chân 2): nên so sánh tác động Flip Flop → v0=VH Transistor tắt: chân bị cách li Tụ C nạp điện: Vcc → R1 R2 vC → >2/3Vcc so sánh tác động Flip Flop → v0=VL →trạng thái khơng bền Transistor bão hòa: chân có điện không (nối mass) Trạng thái không bền Flip Flop → v0=VL Transistor bão hòa: chân có điện khơng (nối mass) Tụ C lại xã điện tích qua trở R2 chân vC → Vγ →Q2 dẫn bão hòa b2 vc2 → vb1 → -Vcc →Q1 tắt Mạch... biến thiên cực BJT Q2 t=t2 ta có vb2(t2)=0 T1=t2-t1 Tính T2: Xác định quy luật biến thiên cực BJT Q1 t=t3 ta có vb1(t3)=0 T2=t3-t2 Tính chu kỳ dao động T0=T1+T2=0,7(C1Rb1+C2Rb2) Mạch đảo điện DC... D D -Ở trạng thái bền: Q1 tắt, Q2 dẫn vc1=Vcc-icbo1Rc1=Vcc vc2=0 tụ C nạp đến xác lập D Q1 D Q2 T T Kích xung vi âm vào cực Q2 → Q2 tắt ib2 ic2 →0 vc2 → Vcc iRc2 đổ qua R1 vào cực Q1 → Q1 chế