BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG SỐ ............ 2 CHƯƠNG 1 : CÁC MẠCH TẠO XUNG CƠ BẢN ............................................. 23 CHƯƠNG 2 : KỸ THUẬT SỐ HỆ THỐNG SỐ ĐẾM ...................................... 43 CHƯƠNG 3 : MẠCH FLIP – FLOP VÀ ỨNG DỤNG ........................................ 78 CHƯƠNG 4 : CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SỐ .....................................
MỤC LỤC BÀI MỞ ĐẦU: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG SỐ CHƯƠNG : CÁC MẠCH TẠO XUNG CƠ BẢN 23 CHƯƠNG : KỸ THUẬT SỐ - HỆ THỐNG SỐ ĐẾM 43 CHƯƠNG : MẠCH FLIP – FLOP VÀ ỨNG DỤNG 78 CHƯƠNG : CHUYỂN ĐỔI TƯƠNG TỰ SỐ 106 Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang BÀI MỞ ĐẦU CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG SỐ Khái niệm chung Tín hiệu biến đổi đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian, chứa đựng thông tin Tín hiệu chia làm loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) tín hiệu gián đoạn (tín hiệu xung) Trong 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 khơng liên tục hình 1-2 Hình 1.1: Tín hiệu hình sin vng Hình 1.2: Tín hiệu hình * Định nghĩa: Xung điện tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn khoảng thời gian ngắn so sánh với q trình q 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) (u,t (u,t (u,t t t t Hình 1.3: Các dạng xung nhiễu Các dạng xung tạo từ mạch điện thiết kế thường có số dạng bản: (u,t) (u,t) (u,t (u,t) t t t dạng xung Hình 1.4: Các mạch điện thiết kế Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM t Trang 1.1 Các thông số a Các tham số xung điện: Dạng xung vuông lý tưởng trình bày U, I off t on Hình 1.5: Các thông số xung + Độ rộng xung: thời gian xuất xung mạch điện, thời gian thường gọi thời gian mở ton Thời gian khơng có xuất xung gọi thời gian nghỉ t off + Chu kỳ xung: khỏang thời gian lần xuất xung liên tiếp, tính theo cơng thức: T= t on + t off (1.1) Tần số xung tính theo cơng 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: n= 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 dịng, đủ cơng suất, cung cấp cho tải + Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau: Trong thực tế, xung vuông, xung chữ nhật khơng có cấu trúc cách lí tưởng Khi đại lượng điện tăng hay giảm để tạo xung, thường có thời gian tăng trưởng (thời gian độ)nhất mạch có tổng trở vào nhỏ có thành phần điện kháng nên sườn trước sau khơng thẳng đứng cách lí tưởng Do thời gian xung tính theo cơng thức: ton = tt + tđ + ts (1.5) Trong đó: ton: Độ rộng xung Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang tt : Độ rộng sườn trước tđ : Độ rộng đỉnh xung ts : Độ rộng sườn sau U,I Sườn trước đỉnh xung Sườn sau t Hình 1.6: 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 t2 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 mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch địi 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) Hình mô tả dạng xung tăng thời gian quét máy sóng Lúc 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 thấy rõ dạng xung với sườn trước sườn sau xung (Hình 1.7c) Hình 1.7: Xung vng hình máy sóng Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang Xung vuông lý tưởng 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 1.7) U, I t Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung Cực tính xung giá trị xung so với điện áp thềm phân cực xung.Hình1.9: U, I U, I t t xung dương xung âm Hình 1.9: Các dạng xung dương xung âm b Chuỗi xung: 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 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 cịn có thêm thơng số: - Số lượng xung chuỗi, - Độ rộng chuỗi xung, - Tần số chuỗi xung U, I U, I t a) t b) Hình 1.10: Chuỗi xung liên tục (a) chuỗi xung gián đoạn (b) Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang 1.2 Các hàm 1.2.1 Hàm R – L – C 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 900 ngược nhau, nên lúc qua L C dẫn đến chúng lệch góc 1800 Nên dễ sinh tượng cộng hưởng, tự phát sinh dao động Ur L Vi C R Vo r t Hình 1.11: Mạch R-L-C 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 - 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 1.2.2 Hàm tích phân: Hàm tích phân mạch mà điện áp vo(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian điện áp vào vi(t) Ta có: vo(t) = K ∫ vi(t) (1.6) Trong K hệ số tỉ lệ Mạch tích phân RC: Vi R Vo C Hình 1.12: Mạch tích phân RC Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang Mạch tích phân RC mạch lọc thấp qua dùng RC Tần số cắt mạch lọc là: fc = 2πRC (1.7) Do điện áp vào Vi hàm biến thiên theo thời gian nên điện áp điện trở R tụ điện C hàm biến thiên theo thời gian Ta có: Vi(t) = VR(t) + VC(t) (1.8) Xét mạch điện trường hợp nguồn điện áp vào Vi có tần số fi cao so với tần số cắt fc Lúc dung kháng XC có trị số nhỏ Xc = 2πfiC Như vậy: (1.9) Nếu f >> fc = 1 R >> Xc = 2πRC 2πfiC Suy ra: VR(t) >> VC(t) dịng i(t) qua R C Điện áp tụ C tính theo cơng thức: Vc = i (t )dt C∫ (1.10) Như điện áp tụ C điện áp từ ta có điện V0(t) Vo = Vi(t )dt RC ∫ (1.11) b Điện áp vào tín hiệu xung vng: Khi điện áp vào tín hiệu xung có chu kỳ Ti xét tỷ lệ số thời gian τ = RC so với Ti để giải thích dạng sóng theo tượng Vi(t nạp xả tụ ) t Ti Vo(t) VP(t) t Vo(t) Khi τ > T Khoa : Điện tử - CĐN Tp.HCM Trang sóng hiệu mạch tíchđối phân nhận Hình 1.13: Giả thiết điệnDạng áp ngõ vàovào tín xung vng xứng chu xung kỳ Ti.vng Nếu mạch tích phân có số thời gian τ = RC nhỏ so với Ti tụ nạp xả nhanh nên điện áp ngõ Vo(t) có dạng giống dạng điện áp vào Vi(t) Nếu mạch tích phân có số thời gian τ = Ti tụ nạp xả điện áp theodạng hàm số mũ, biên độ đỉnh điện áp thấp VP Nếu mạch tích có số thời gian τ lớn so với Ti tụ C nạp chậm nên điện áp có biên độ thấp nhưn đường tăng giảm điện áp gần đường thẳng Như vậy, mạch tích phân chọn trị số RC thaichs hợp sửa dạng xung vng ngõ vào thành dạng xung tam giác ngõ Nếu xung vng đối xứng xung tam giác tam giác cân 1.2.3 Hàm vi phân: Là hàm có điện có điện áp ngõ V0(t) tỉ lệ với đạo hàm theo thời gian điện áp ngõ vào Vi(t) Ta có: Vo(t ) = K d Vi (t ) dt (1.12) Trong K hệ số tỉ lệ Trong kỹ thuật xung , mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung tạo xung nhọn để kích cac linh kiện điều khiển hay linh kiện công suất khác SCR, Triac a Mạch vi phân dung RC: Vi C Vo R Hình 1.14: Mạch vi phân RC Mạch vi phân dung RC la mạch lọc cao qua dung RC Tần số cắt mạch lọc là: fc = 2πRC (1.13) Vì dịng điện i(t) qua mchj cho phân áp sau: Vi(t) = VC(t) + VR(t) (1.14) Xte mạch điện ổ trường hợp nguồn điện áp vào Vi(t) có tần số fi thấpso với tần số cắt fc Lúc fi