thiết kế một mạch dao động tạo xung vuông với tần số theo yêu cầu sử dụng ic555

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN o0o ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - EE2110 ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GV NGUYỄN CẢNH QUANG Hà Nội, tháng 6/2019 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………… PHẦN GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI………………………………… 1.1 Giới thiệu mạch dao động tạo xung vuông……………… 1.2 Lý chọn đề tài…………………………………………… PHẦN 2.1 2.2 2.3 TRANG 4 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN – IC 555…………………… Giới thiệu IC 555…………………………………………… Cấu trúc bên IC 555………………………………… Sự dao động………………………………………………… 5 PHẦN TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG…………………………… 3.1 Sơ đồ mạch điện tổng quát………………………………… 3.2 Cơ sở lý thuyết……………………………………………… 9 PHẦN 4.1 4.2 4.3 THIẾT KẾ MẠCH………………………………………… Các phương pháp thiết kế mạch…………………………… Số liệu mạch thiết kế…………………………………… Mơ hình mạch thực hiện………………………… 11 11 12 12 PHẦN KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN………………… 5.1 Kết luận……………………………………………………… 5.2 Hướng phát triển…………………………………………… 13 13 13 LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống, người thường trao đổi thơng tin với (âm thanh, hình ảnh,…) Điều cần thiết, phụ thuộc vào hệ thống điện tử Những tín hiệu đưa biến đổi thành đại lượng dòng, áp Và tỉ lệ với lượng tin tức Ví dụ: camera biến đổi hình ảnh thành tín hiệu điện, micro biến đổi âm thành tín hiệu điện Đó tín hiệu liên tục (tương tự) tín hiệu gián đoạn (xung số) Các thiết bị điện tử tương tự, điện tử xung ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật đại (rada, điện tử ứng dụng, điều khiển,…) Từ tính ứng dụng cao thực tế, chúng em chọn đề tài: “THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555” làm đề tài nghiên cứu PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VNG • Mạch dao động: Mạch dao động mạch mạch dao động sử dụng linh kiện để phát tín hiệu xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị Có nhiều dạng tín hiệu xung phát từ mạch dao động, xung sine , xung vng , xung tam giác… • Mạch dao động tạo xung vng: Có nhiều cách thiết kế mạch để tạo xung vuông thiết kế mạch dùng Transistor , thiết kế mạch dùng Opam, … Ở đây,chọn thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng ICNE555N Dựa vào sơ đồ khối ta nhận để tạo xung vuông ta 1.2 cần IC 555 số linh kiện phổ biến R,C LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI – IC555 phổ biến ,dễ tìm – Mạch tạo xung dùng IC dễ làm, dễ giải thích ,dễ hiểu nguyên lý làm việc PHẦN 2: ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN – IC 555 2.1 GIỚI THIỆU IC 555 * Chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC * Chân số 2(TRIGGER): ngõ vào tần so áp.mạch so áp dùng transistor PNP Mức áp chuẩn 2*Vcc/3 * Chân số 3(OUTPUT): Ngõ trạng thái ngõ xác định theo mức volt cao(gần mức áp chân 8) thấp (gần mức áp chân 1) * Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái Khi chân số nối masse ngõ mức thấp * Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn IC 555 theo mức biến áp hay dùng điện trở cho nối mase * Chân số 6(THRESHOLD) : ngõ vào tầng so áp khác mạch so sánh dùng transistor NPN mức chuẩn Vcc/3 * Chân số 7(DISCHAGER) : xem khóa điện chịu điều khiển bỡi tầng logic chân mức áp thấp khóa đóng lại.ngược lại mở * Chân số (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 khoảng từ +5v - +15v mức tối đa +18 2.2 CẤU TRÚC BÊN TRONG IC 555 Cấu tạo IC 555 gồm có : + Bộ phân áp gồm điện trở R1 = 5KΩ nối từ nguồn dương xuống mass cho hai điện áp chuẩn : (2/3)Ucc (1/3)Ucc + A1 A2 hai IC KĐTT mắc theo kiểu so sánh có ngưỡng lật lấy phân áp gồm 3R1 (1/3)Ucc A2 (2/3)Ucc A1 Tín hiệu đầu A1 đưa tới đầu vào R Trigơ RS (Tín hiệu phụ thuộc vào tín hiệu so sánh chân ) Tín hiệu đầu A2 đưa tới đầu vào S Trigơ RS (Tín hiệu phụ thuộc vào tín hiệu so sánh chân 2) + Trigơ RS mạch có hai trạng thái cân ổn định Khi chân set (S) có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái Trigơ làm đầu Q lên mức cao đầu Q xuống mức thấp Khi chân Reset (R) có điện áp cao điện áp kích đổi trạng thái Trigơ làm đầu Q lên mức cao đầu Q xuống mức thấp Khi chân Reset (R) chân set (S) có mức điện áp thấp chuyển từ mức điện áp cao mức điện áp thấp trạng thái đầu Trigơ RS giữ nguyên Khi chân Reset (R) chân set (S) có mức điện áp cao trạng thái đầu Trigơ RS không xác định + Mạch Ouput mạch khuyếch đại đầu để tăng độ khuyếch đại dòng cấp cho tải Đây mạch khuếch đại đảo có đầu vào chân Q Trigơ RS , nên Q có mức cao đầu chân có mức điện áp thấp ( ≈ 0V) ,và ngược lại Q có mức thấp đầu chân có mức điện áp cao ( ≈ Ucc) + Tranzitor T0 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V , nên cực B nối ngồi chân có điện áp cao 1,4V T0 khố khơng ảnh hƣởng tới hoạt động mạch Khi chân mắc vói điện trở nhỏ nối mass T0 mở bão hồ, làm đầu chân có điện áp thấp Chân gọi chân Reset , có nghĩa Reset IC 555 bất chấp trạng thái đầu vào khác Khi sử dụng không dùng chức Reset nối chân lên mức điện áp cao để tránh mạch bị Reset nhiễu + Tranzitor T có cực C để hở nối chân Do cực B đưuợc phân cực mức điện áp Q nên Q có mức cao T mở bão hồ cực C T coi nối mass, lúc đầu chân có mức điện áp thấp ( ≈ 0V) ,và ngược lại Q có mức thấp T khố cực C bị hở mạch , lúc đầu chân có mức điện áp cao ( ≈ Ucc) + Chân thường đƣợc nối với tụ có dung lƣợng nhỏ khoảng 0,01 µF , nối xuống mass để lọc nhiễu tần số cao làm ảnh hƣởng tới điện áp chuẩn (2/3)Ucc 2.3 SỰ DAO ĐỘNG Ký hiệu mức thấp 0V, mức cao gần VCC Mạch FF loại RS Flip-flop Khi S = Q = = [ 0] Sau đó, S = [0] Q = = [0] Khi R = = Q = [0] Tóm lại, S = Q = R = Q = [0] = , transisitor mở dẫn, cực C nối đất Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp chân không vượt V2 Do lối Op-amp mức 0, FF không reset Giai đoạn ngõ mức 1: Khi bấm công tắc khởi động, chân mức Vì điện áp chân (V-) nhỏ V1(V+), ngõ Op-amp mức nên S = , Q = = [0] Ngõ IC mức Khi = [0], transistor tắt, tụ C tiếp tục nạp qua R, điện áp tụ tăng Khi nhấn công tắc lần Op-amp có V- = lớn V+ nên ngõ Op-amp mức 0, S = [0], Q không đổi Trong điện áp tụ C nhỏ V2, FF giữ nguyên trạng thái Giai đoạn ngõ mức 0: Khi tụ C nạp tiếp, Op-amp có V+ lớn V- = 2/3 VCC, R = nên Q = [0] = Ngõ IC mức Vì = , transistor mở dẫn, Op-amp2 có V+ = [0] bé V-, ngõ Op-amp mức Vì Q khơng đổi giá trị, tụ C xả điện thông qua transistor Kết cuối cùng: Ngõ OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vng, có chu kỳ ổn định PHẦN 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 3.1 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN TỔNG QUÁT 3.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Ta có sơ đồ mạch đơn giản để tính thời gian ngưng dẫn tụ nạp xả Ta có: ⇒ VB ( s ) = Vcc V 2Vcc − 0,7 − I ( s) RB1 = cc − s s   s+  R C  B1  Do đó: vB (t ) = Vcc − ( 2Vcc − 0,7 ) e vB (t ) = 0,7 ⇒ ( 2Vcc − 0,7 ) e Vì: −t RB1C2 −t RB 1C2 = Vcc − 0,7  2V − 0,7  ⇒ t = RB1C2 ln  cc   Vcc − 0,7  Vcc  0,7V nên t ≈ RB1C2 ln ≈ 0,639 RB1C2 * Thời gian ngưng dẫn T2 (Chứng minh tương tự ) Thông thường mạch dao động ta có cơng thức tính thời gian ngưng dẫn transistor : T = RCln2 =0.693 R 10 Do đó, thời gian ngưng dẫn mức áp cao lúc tụ C nạp dòng qua R1+R2 là: PHẦN 4: THIẾT KẾ MẠCH 4.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH Tần số biến đổi từ 500 Hz – 1000 Hz, có phương án thực hiện: - Thay đổi R1, R2 - Thay đổi tụ điện C2 - Thay đổi đồng thời tụ điện trở Để đơn giản thay đổi điện trở R2 (dùng biến trở) * Nếu muốn thay đổi độ lớn tần số dao động mạch cần thay đổi giá trị R1, R2 C Tuy nhiên Nếu thay đổi giá trị R1 (hoặc R2) khơng thơi, tần số (F) độ rộng xung (Duty cycle) bị thay đổi lúc + Muốn thay đổi tần số (giữ nguyên độ rộng xung) R1 R2 phải thay đổi lúc (cùng tăng giảm giá trị nhau) 11 + Muốn thay đổi độ rộng xung (giữ nguyên tần số) R1 R2 phải thay đổi lúc có chiều ngược lại (khi R1 tăng R2 phải giảm giá trị nhau) * Trong thực tế giá trị R1 R2 có sai số, nên giảm trị số R1 (hoặc R2) duty cycle đạt 50% Mạch dùng thêm diode để Tn=Tx, để đảm bảo có xung vuông chân OUT(3) đối xứng Sở dĩ diode có tác dụng lúc tụ nạp dịng qua R1 nhớ có diode D2.khi thời gian nạp Tn=t1=0,693.R1.C2 tụ xả vậy, nhờ có D1 mà dịng xả qua R2 thời gian xả Tx=t2=0,693.R2.C2Mà R1=R2 (chọn lúc thiết kế) => Tn=Tx 4.2 SỐ LIỆU ĐÃ THIẾT KẾ Với tần số 700Hz, chọn C = 100nF , R1 = 10000Ω , đó: 1 f = = = ≈ 500 Hz => R2 = 10000Ω T 0,693 ( R1 + R2 ) C 0,693 ( 10000 + R2 ) 100.10−9 4.3 MƠ HÌNH MẠCH ĐÃ ĐƯỢC THỰC HIỆN 12 PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN Mạch tạo xung vuông IC555: + Dễ làm, dễ hiểu + Linh kiện phổ biến, tiết kiệm + Có nhiều ứng dụng thực tế 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mạch tạo xung vng sử dụng IC555 có ứng dụng lớn thực tế Sau số ứng dụng, hướng phát triển đề tài: + Mạch tạo tiếng còi hụ (2 nhịp) + Mạch gõ nhịp định thời + Mạch dị tìm sóng điện từ trường + Đèn signal (đèn nhấp nháy) 13 ... tài: “THIẾT KẾ MỘT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VỚI TẦN SỐ THEO YÊU CẦU SỬ DỤNG IC555? ?? làm đề tài nghiên cứu PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VNG • Mạch dao động: Mạch. .. giác… • Mạch dao động tạo xung vng: Có nhiều cách thiết kế mạch để tạo xung vuông thiết kế mạch dùng Transistor , thiết kế mạch dùng Opam, … Ở đây,chọn thiết kế mạch dao động tạo xung vuông dùng... Mạch dao động mạch mạch dao động sử dụng linh kiện để phát tín hiệu xung dao động cụ thể để điều khiển thiết bị Có nhiều dạng tín hiệu xung phát từ mạch dao động, xung sine , xung vng , xung