Mục tiêu:
- Trình bày cấu tạo, đặc điểm, ứng dụng, nguyên lý hoạt động mạch dao động đa hài lưỡng ổn
Q A B 1 2 Vcc R C V i 1/3 Vcc V o t t
2.4.1. Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng IC 555
a. Mạch điện đa hài lưỡng ổn dùng IC 555
Sơ đồ mạch Hình 2.11.Là ứng dụng của IC 555 là mạch đa hài lưỡng ổn để tạo xung vuông .
Hình 2.11: Sơ đồ mạch điện đa hài lưỡng ổn dùng IC 555
Trong mạch chân ngưỡng (Threshold) số 6 được nối với chân này (trigger) số 2 nên chân này có chung điện áp là điện áp trên tụ C để so với điện áp chuẩn 2/3 Vcc và 1/3 Vcc bởi op-amp (1)và op-amp(2). Chân 5 có tụ nhỏ ,01 nói mass để lọc nhiều tần số cao có thể làm ảnh hưởng điện áp chuẩn 2/3 Vcc
Chân 4 nói nguồn + Vcc nên không dùng chức năng reset, chân 7 xả điện được nối vào giữa 2 điện trơ RA và RB tạo đường xả điện cho tụ .Ngõ ra chân 3 có điện trở giới hạn dòng 1,2K và Led để biểu thị mức điện áp ra-chỉ có thể dùng trong trường hợp tần số giao động có trị số thấp từ 20 Hz trở xuống vì ở tần số cao hơn 40 Hz trạng thái sáng + tắt của Led khó có thể nhận biết bằng mắt thường.
Khi mới đóng điện tụ C bắt đầu lạp từ 0v nên : - OP-AMP(1) co v
i < v
i nên gõ ra có V01 = mức thấp, ngõ R=0(mức thấp ) -OP-AMP (2) có V
i >V
i nên gõ ra có V02 = mức cao , ngõ S=1(mức cao) - Mạch F/F có ngõ S=1 nên Q=1 và Q= 0 . lúc đó ngõ ra chân 3 có V0≈Vcc (do qua mạch đảo) làm led sáng.
- Transistor T2có VB2=0 do Q = 0 nên T2 ngưng dẫn và để tụ C được nạp điện 8 4 7 6 2 1 5 3 X¶ N¹p RB +Vcc = 12V R1=1,2k RA C 01 555
Tụ C nạp điện qua RA và RB với hằng số thời gian khi nạp là: τnap= (RA+RB).C
Khi điện áp tụ tăng đến mức 1/3 Vcc thi OP-AMP(2) đổ trangh thái , ngõ ra V02= mức thấp . ngõ S= 0 (mức thấp) . Khi S xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức cao . led vẫn sáng
Khi điện áp tụ tăng đến mức 2/3 Vcc thì OP-AMP (1) đổi trạng thái, ngõ ra có V01=mức cao, ngõ R=1.
- Mạch F/F có ngõ R=1 nên Q=1. Lúc đó ra chân 3 có V0≈ 0v làm Led tắt. Khi ngõ Q=1 sẽ làm T2dẫn bão hòa và chân 7 nối mass làm tụ C. không nạp tiếp điện áp được mà phải xả điện qua RB và Transistor T2 xuống mass. Tụ C xả điện qua RB với hằng số thời gian là:
τxa= RB.C
Khi điện áp trên tụ - tức là điện áp chân 2 và chân 6 – giảm xuống dưới 2/3 V
CC thì OP-AMP(1) đổi trở lại trạng thái cũ là V01 = mức thấp , ngõ R=0. Khi R xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức thấp, Led vẫn tắt. Khi điện áp trên tụ giảm xuống đến mức 1/3 VCC thì OP-AMP(2) lại có V
i >V
i
nên ngõ ra có V02= mức cao, ngõ S1=1. Mạch F/F có ngõ S=1 và Q=0, ngõ ra chân 3 qua mạch đỏa có V0≈ + VCC làm Led lại sáng, đồng thời lúc đó T2 mất phân cực do Q = 0 nên ngưng dẫn và chấm dứt giai đoạn xả điện của tụ. Như vậy mạch đã trở lại trạng thái ban đầu và tụ lại nạp điện từ mức 1/3 VCC lên đến 2/3 VCC, hiện tượng náy sẽ tiếp diễn liên tục và tuần hoàn
Lưu ý: Khi mới mở điện tụ C sẽ nạp điện từ 0v lên 2/3 VCC rồi sau đó tụ xả điện là 2/3 VCC xuống ½ Vcc chứ không xả xuống 0v. Những chu kỳ sau tụ sẽ nạp từ 1/3 VCC chứ không nạp từ 0v nữa.
Thời gian tụ nạp là thời gian V0≈ 0v. Led tắt. Thời gian nạp và xả tụ được tính theo công thức:
Thời gian nạp: tnap=0,69.τnap: tnap= 0,69.(RA+RB)C
txa=0,69.RB.C
Điện áp ở ngõ ra chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là:
T= tnap + txa
T=0,69(RA+2RB).C
Do thời gian nạp và thời gian xả không bằng nhau (tnap> txa) nên tín hiệu hình vuông ra không đối xứng. Tần số của tín hiệu hình vuông là:
f= T 1 = C R RA 2 B) ( 69 , 0 1 ` Dạng sóng ra tại các chân Hình 2.12: Dạng sóng ra tại các chân
Hình 2.12 là dạng điện áp các chân 2-6, chân 7 và chân 3 trong đó khoảng thời gian điện áp tăng là thời gian tụ nạp, khoảng thời gian trên điện áp giảm là thời gian tụ xả.
Khi khảo sát dạng điện áp tại các chân cần lưu ý khi mới mở điện thì tụ C sẽ nạp điện từ 0v lên đến 2/3 VCC nhưng khi xả chỉ xả đến 1/3 VCC. Để tính chu kỳ của tín hiệu người ta chỉ tính các lần nạp sau chứ không xét đến lần nạp đầu tiên.
Vc (2-6) Vc (7) n¹p x¶ 2/3 Vcc 1/3 Vcc t t t V0 (3)
Khi tụ nạp thì chân 7 có điện áp cao hơn chân 2-6, nhưng khi tụ xả thì chân 7 giảm nhanh xuống 0V- do T2 trong IC chạy bão hòa – chứ không giảm theo hàm số mũ trên tụ C.