2.8.1 Khái niệm FF
Flip-Flop (viết tắt là FF) là mạch dao động đa hài hai trạng thái bền, được xây trên cơ sở các cổng logic và hoạt động theo bảng trạng thái cho trước.FF là mạch cĩ khả năng lật lại trạng thái ngõ ra tuỳ theo sự tác động thích hợp của ngõ vào, điều này cĩ ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu trong mạch và xuất dữ liệu ra khi cần.
Ký hiệu FF:
Hình 2.17: Flip - Flop
Nếu các ngõ vào sẽ quyết định ngõ ra là cái gì thì ngõ đồng hồ CK lại chỉ ra rằng khi nào mới cĩ sự thay đổi đĩ. Chân Ck cĩ thể tác động mức thấp hay mức cao, cạnh lên hay cạnh xuống tuỳ vào cấu trúc bên trong của từng IC FF, do đĩ với một IC FF cố định thì chỉ cĩ một kiểu tác động và chỉ một mà thối, ví dụ với IC 74ls74 chỉ cĩ một cách tác động là xung Ck tác động theo cạnh lên.
Hình 2.18: Sơ đồ IC 74LS74 2.8.2 Phân loại FF
Flip-Flop cĩ bốn loại, kí hiệu khối của 4 loại FF nảy bởi cạnh lên Ck đĩ là:
- FF RS dùng cổng NOR
2.8.3 FF RS dùng cổng NAND cĩ ngõ vào xung CK- Sơ đồ mạch. - Sơ đồ mạch.
Hình 2.20: Sơ đồ mạch Flip – Flop dung cổng NAND - Ký hiệu:
Bảng trạng thái và dạng sĩng ngõ ra.
Hình 2.21: Bảng Trạng thái và dạng song ngõ ra
FF RS nảy cạnh lên khi đĩ sẽ kí hiệu hình tam giác ở sơ đồ khối và dấu mũi tên lên trong bảng trạng thái.
FF RS nảy bằng cạnh xuống tương tự và cĩ khí hiệu thêm hình trịn nhỏ hay gạch đầu Ck để chỉ cạnh xuống ở ký hiệu khối và vẽ dấu mũi tên xuống ở bảng trạng thái.
2.8.4 Nguyên tắc hoạt động
Theo nguyên tắc hoạt động của cổng NAND.
- Khi chưa cĩ xung Ck vào bất chấp ngõ vào R, S thì khơng ảnh hưởng tới ngõ ra.
- Khi cĩ xung CK.
- Khi ngõ vào S = 0, R = 0 thì ngõ ra Q và khơng đổi. - Khi ngõ vào S = 0, R = 1 thì ngõ ra Q = 0 và = 1. - Khi ngõ vào S = 1, R = 0 thì ngõ ra Q = 1 và = 0.
2.8.5 Flipflop trigger D (4013)
Hình 2.22: IC 74LS74AN
Bảng 6: Bảng trạng thái của Trigger D
Trong thực tế, vẫn cĩ nhiều trường hợp ngồi việc tạo ra Ngõ vào D để chỉ sử dụng một Ngõ vào Dữ liệu duy nhất thì người ta vẫn duy trì 2 Ngõ vào nguyên bản theo mạch ký hiệu rút gọn bên đây để cĩ thể tùy ý sử dụng trong những trường hợp đặc biệt.
Bên cạnh đĩ, mạch Trigger phức hợp cịn cĩ thêm Ngõ vào điều khiển C.
Cĩ 2 loại IC cơ bản về loại Trigger D đĩ là 4013 thuộc họ CMOS 4xxx và 7474 thuộc họ TTL 74xx như hình bên đây
Hình 2.23: Sơ đồ chân IC 4013
thể thay thế lẫn nhau vì khơng trùng chân. * Bảng trạng thái :
Bảng 7: Bảng trạng thái Flip-Flop
- Ứng dụng cơ bản
Hình 2.24: Ứng dụng trong điều khiển quạt
Ứng dụng đơn giản nhất của Trigger D là tạo ra mạch chia 2 đối với tác động của xung ngõ vào như hình bên cạnh đây:
Nhờ việc phản hồi của Q đảo về Ngõ vào D mà mạch ở bên cĩ thể tạo thành mạch chia đơi tần số tác động của S1 sao cho nếu nhấn S1 lần đầu tiên mà Ngõ ra Q = 1 thì nhấn S1 lần thứ 2 sẽ khiến cho Q = 0 tức là nếu nhấn S1 lần thứ 1 làm cho Quạt Fan được bật mở thì muốn tắt quạt chỉ cần nhấn tiếp S1 lần thứ 2. Trên thực tế, để S1 cĩ thể tác động được một cách ổn định và hiệu quả thì R1 chỉ được phép xác định trong khoảng 2,2k đến 22k và để Q1 cĩ thể đĩng ngắt được dịng điện cung cấp cho quạt thì cần phải tạo mạch phân áp R2R3 cho cực B của Q1 để khi Q = 0 (khoảng 0,6V) thì điện áp tại cực B của Q1 phải thấp hơn 0,35V.
- Đặc tính của flipflop D là cĩ xung kích vào CK thì dữ liệu ở chân D sẽ được đưa ra ngồi và được chốt ở đĩ và khi nào cĩ xung kích tiếp theo thì dữ liệu ở chân D sẽ được đưa ra ngồi.
Để chốt được dữ liệu địi hỏi chân D phải cĩ mức logic ban đầu là 1.Do đĩ ta nối chân 2 với chân 6 vì ban đầu ngõ ra Q cĩ mức logic 0 nên ngõ ra đảo xẽ cĩ mức logic cao.
2.9 IC ổn áp: KA7805
Hình 2.25: IC 7805
- Chân 1: Chân nguồn đầu vào, đây là chân cấp nguồn đầu vào cho 7805 hoạt động. Giải điện áp cho phép đầu vào lớn nhất là 40v. Điện áp vào phải nằm trong dải 8v-40v, nếu dưới 8v mạch ổn áp khơng cịn tác dụng
- Chân 2: Chân GN
- Chân 3: Điện áp ra ổn định 5v (4,75v – 5.25v)
2.10 Điốt bán dẫn
Diode là các linh kiện điện tử thụ động và phi tuyến, cho phép dịng điện đi qua nĩ theo một chiều mà khơng theo chiều ngược lại, sử dụng các tính chất của các chất bán dẫn.
Cĩ nhiều loại điốt bán dẫn, như điốt chỉnh lưu thơng thường, điốt Zener, LED. Chúng đều cĩ nguyên lý cấu tạo chung là một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N
Khối bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này cĩ xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng cĩ xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hịa. Quá trình này cĩ thể giải phĩng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ cĩ bước ong gần đĩ).
Hình 2.26: Hình thành điện áp tiếp xúc
Sự tích điện âm bên khối P và dương bên khối N hình thành một điện áp gọi là điện áp tiếp xúc (UTX). Điện trường sinh ra bởi điện áp cĩ hướng từ khối n đến khối p nên cản trở chuyển động khuếch tán và như vậy sau một thời gian kể từ lúc ghép 2 khối bán dẫn với nhau thì quá trình chuyển động khuếch tán chấm dứt và tồn tại điện áp tiếp xúc. Lúc này ta nĩi tiếp xúc P-N ở trạng thái cân bằng. Điện áp tiếp xúc ở trạng thái cân bằng khoảng 0.6V đối với điốt làm bằng bán dẫn Si và khoảng 0.3V đối với điốt làm bằng bán dẫn Ge.
Hình 2.27: Điệp áp ngồi ngược chiều điện áp tiếp xúc tạo ra dịng điện
Hai bên mặt tiếp giáp là vùng các điện tử và lỗ trống dễ gặp nhau nhất nên quá trình tái hợp thường xảy ra ở vùng này hình thành các nguyên tử trung hịa. Vì vậy vùng biên giới ở hai bên mặt tiếp giáp rất hiếm các hạt dẫn điện tự do nên được gọi là vùng nghèo. Vùng này khơng dẫn điện tốt, trừ phi điện áp tiếp xúc được cân bằng bởi điện áp bên ngồi. Đây là cốt lõi hoạt động của điốt.
Hình 2.28: Điệp áp ngồi cùng chiều điện áp tiếp xúc ngăn dịng điện
Nếu đặt điện áp bên ngồi ngược với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống khơng bị ngăn trở bởi điện áp tiếp xúc nữa và vùng tiếp giáp dẫn điện tốt. Nếu đặt điện áp bên ngồi cùng chiều với điện áp tiếp xúc, sự khuyếch tán của các điện tử và lỗ trống càng bị ngăn lại và vùng nghèo càng trở nên nghèo hạt dẫn điện tự do. Nĩi cách khác điốt chỉ cho phép dịng điện qua nĩ khi đặt điện áp theo một hướng nhất định.
2.10.1 Tính chất
Điốt chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt sang ca-tốt. Theo nguyên lý dịng điện chảy từ nơi cĩ điện thế cao đến nơi cĩ điện thế thấp, muốn cĩ dịng điện qua điốt theo chiều từ nơi cĩ điện thế cao đến nơi cĩ điện thế thấp, cần phải đặt ở a-nốt
một điện thế cao hơn ở ca-tốt. Khi đĩ ta cĩ UAK > 0 và ngược chiều với điện áp tiếp xúc (UTX). Như vậy muốn cĩ dịng điện qua điốt thì điện trường do UAK sinh ra phải mạnh hơn điện trường tiếp xúc, tức là: UAK >UTX. Khi đĩ một phần của điện áp UAK dùng để cân bằng với điện áp tiếp xúc (khoảng 0.6V), phần cịn lại dùng để tạo dịng điện thuận qua điốt.
Khi UAK > 0, ta nĩi điốt phân cực thuận và dịng điện qua điốt lúc đĩ gọi là dịng điện thuận (thường được ký hiệu là IF tức IFORWARD hoặc ID tức IDIODE). Dịng điện thuận cĩ chiều từ a-nốt sang ca-tốt.
Khi UAK đã đủ cân bằng với điện áp tiếp xúc thì điốt trở nên dẫn điện rất tốt, tức là điện trở của điốt lúc đĩ rất thấp (khoảng vài chục Ohm). Do vậy phần điện áp để tạo ra dịng điện thuận thường nhỏ hơn nhiều so với phần điện áp dùng để cân bằng với UTX. Thơng thường phần điện áp dùng để cân bằng với UTX cần khoảng 0.6V và phần điện áp tạo dịng thuận khoảng 0.1V đến 0.5V tùy theo dịng thuận vài chục mA hay lớn đến vài Ampere. Như vậy giá trị của UAK đủ để cĩ dịng qua điốt khoảng 0.6V đến 1.1V. Ngưỡng 0.6V là ngưỡng điốt bắt đầu dẫn và khi UAK = 0.7V thì dịng qua Diode khoảng vài chục mA.
Nếu Diode cịn tốt thì nĩ khơng dẫn điện theo chiều ngược ca-tốt sang a-nốt. Thực tế là vẫn tồn tại dịng ngược nếu điốt bị phân cực ngược với hiệu điện thế lớn. Tuy nhiên dịng điện ngược rất nhỏ (cỡ μA) và thường khơng cần quan tâm trong các ứng dụng cơng nghiệp. Mọi điốt chỉnh lưu đều khơng dẫn điện theo chiều ngược nhưng nếu điện áp ngược quá lớn (VBR là ngưỡng chịu đựng của Diode) thì điốt bị đánh thủng, dịng điện qua điốt tăng nhanh và đốt cháy điốt. Vì vậy khi sử dụng cần tuân thủ hai điều kiện sau đây:
• Dịng điện thuận qua điốt khơng được lớn hơn giá trị tối đa cho phép (do nhà sản xuất cung cấp, cĩ thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định).
• Điện áp phân cực ngược (tức UKA) khơng được lớn hơn VBR (ngưỡng đánh thủng của điốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp).
Ví dụ điốt 1N4007 cĩ thơng số kỹ thuật do hãng sản xuất cung cấp như sau: VBR=1000V, IFMAX = 1A, VF¬ = 1.1V khi IF = IFMAX. Những thơng số trên cho biết:
• Dịng điện thuận qua điốt khơng được lớn hơn 1A.
• Điện áp ngược cực đại đặt lên điốt khơng được lớn hơn 1000V.
• Điện áp thuận (tức UAK)cĩ thể tăng đến 1.1V nếu dịng điện thuận bằng 1A. Cũng cần lưu ý rằng đối với các điốt chỉnh lưu nĩi chung thì khi UAK = 0.6V thì điốt đã bắt đầu dẫn điện và khi UAK = 0.7V thì dịng qua điốt đã đạt đến vài chục mA.
Đặc tuyến Volt-Ampere
Hình 2.29: Đặc tính Vol-Ampere
Đặc tuyến Volt-Ampere của một điốt bán dẫn lý tưởng.
Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode là đồ thị mơ tả quan hệ giữa dịng điện qua điốt theo điện áp UAK đặt vào nĩ. Cĩ thể chia đặc tuyến này thành 2 giai đoạn:
• Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V > 0 mơ tả quan hệ dịng áp khi điốt phân cực thuận.
• Giai đoạn ứng với UAK = 0.7V< 0 mơ tả quan hệ dịng áp khi điốt phân cực nghịch.
(UAK lấy giá trị 0,7V chỉ đúng với các điốt Si, với điốt Ge thơng số này khác)
Khi điốt được phân cực thuận và dẫn điện thì dịng điện chủ yếu phụ thuộc vào điện trở của mạch ngồi (được mắc nối tiếp với điốt). Dịng điện phụ thuộc rất ít vào điện trở thuận của điốt vì điện trở thuận rất nhỏ, thường khơng đáng kể so với điện trở của mạch điện.
2.10.2 Ứng dụng
Vì điốt cĩ đặc tính chỉ dẫn điện theo một chiều từ a-nốt đến ca-tốt khi phân cực thuận nên điốt được dùng để chỉnh lưu dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều.
Ngồi ra điốt cĩ nội trở thay đổi rất lớn, nếu phân cực thuận RD 0 (nối tắt), phân cực nghịch RD (hở mạch), nên điốt được dùng làm các cơng tắc điện tử, đĩng ngắt bằng điều khiển mức điện áp. Điốt chỉnh lưu dịng điện, giúp chuyển dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều, điều đĩ cĩ ý nghĩa rất lớn trong kĩ thuật điện tử. Vì vậy điốt được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
Hình 2.30: Mạch ứng dụng của Diode
Hình 2.31: Dạng xung ra
Các tín hiệu điện xoay chiều, chỉnh lưu nửa sĩng và chỉnh lưu tồn sĩng.Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử, dùng để
biến đổi dịng điện xoay chiều thành dịng điện một chiều. Mạch chỉnh lưu cĩ thể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dịng điện một chiều, hoặc trong các mạch tách sĩng tín hiệu vơ tuyến điện trong các thiết bị vơ tuyến. Phần tử tích cực trong mạch chỉnh lưu cĩ thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc các linh kiện khác.
Khi chỉ dùng một điốt đơn lẻ để chỉnh lưu dịng điện xoay chiều, bằng cách khĩa khơng cho phần dương hoặc phần âm của dạng sĩng đi qua mạch điện, thì mạch chỉnh lưu được gọi là chỉnh lưu nửa chu kỳ hay chỉnh lưu nửa sĩng. Trong các bộ nguồn mọt chiều người ta hay sử dụng các mạch chỉnh lưu nhiều điốt (2 hoặc 4 điốt) với các cách sắp xếp khác nhau để cĩ thể biến đổi từ xoay chiều thành một chiều bằng phẳng hơn trường hợp sử dụng một điốt riêng lẻ. Trước khi các điốt bán dẫn phát triển, người ta cịn dùng các mạch chỉnh lưu sử dụng đèn điện từ chân khơng, đèn chỉnh lưu thủy ngân, các dãy bán dẫn đa tinh thể seleni.
Các máy thu thanh vơ tuyến đầu tiên, người ta gọi là các máy tinh thể, dùng một sợi "râu mèo" hoặc một kim nhọn tiếp xúc nhẹ vào một điểm trên một khối tinh thể galena (sunphát chì) để tạo ra một điốt tiếp điểm, hoặc một bộ tách sĩng tinh thể. Trong hệ thống sấy đốt khí, các bộ phát hiện lửa cĩ thể dùng. Hai điện cực trong một vỏ bọc kín cĩ thể sản sinh ra dịng điện và cĩ thể chỉnh lưu được một dịng điện xoay chiều, nhưng chỉ khi chúng nhìn thấy ngọn lửa.
2.11 Tinh thể thạch anh là gì
Từ "water of spirit" trở thành "Salt of industry" Từ lâu, tinh thể thạch anh đã được gọi là "water of spirit". Ngồi ra, tinh thể thạch anh được đánh giá cao về độ cứng, độ trong suốt … và từng được sử dụng như viên bi ma thuật hay những người đam mê sự huyền bí của nĩ. Ngày nay, tinh thể thạch anh cịn được sử dụng làm nữ trang bởi độ bĩng và giá trị cao mà nĩ mang lại. Thạch anh được sử dụng rất đa dạng trong cuộc sống. Ngày nay, các thiết bị ứng dụng tinh thể thạch anh được làm từ thạch anh nhân tạo thay vì thạch anh tự nhiên, vốn rất quý và thạch anh đã trở thành thiết bị thiết yếu được gọi là "Muối của ngành cơng nghiệp", cùng với chất bán dẫn được gọi là Gạo của ngành cơng nghiệp.
Hình 2.32: Hiệu ứng áp điện
Hình 2.33: Hiệu ứng đảo áp điện
Ví dụ đồng hồ Thạch anh.
Các ứng dụng quen thuộc nhất của tinh thể thạch anh là đồng hồ thạch anh. Đồng hồ thạch anh cĩ độ chính xác cao hơn 300 lần so với đồng hồ cơ khí phổ biến trước đây. Độ chính xác cao đã được phát hiện trong các phát minh về đơn vị tinh thể thạch anh và mạch tổ hợp. Tần số thơng thường của đồng hồ thạch anh là 32.768 Khz
Hiện tượng áp điện và vai trị của tinh thể thạch anh.
Hiệu ứng áp điện được anh em nhà Uurie phát hiện vào năm 1880, nhà vật lý