BÀI 4 : MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
4.3. MẠCH ĐA HÀI LƯỠNG ỔN:
Mạch dao động đa hài lưỡng ổn còn được gọi là mạch Flip – Flop(mạch lật)
4.3.1. Mạch đa hài lưỡng ổn dùng tranzistor:
a. Sơ đồ mạch: Vcc -Vcc Q2 Q1 RB1 R2 RB2 R1 RC2 RC1
Hình 4.12: Mạch dao động đa hài lưỡng ổn FF
b. Nguyên lí hoạt động
Hai mạch Q1 và Q2 được mắc linh kiện cân xứng nhau
Rc1 = Rc2 R1 = R2
RB1 = RB2 Q1 và Q2: cùng loại
Giả sử Q1 dẫn trước cực C của Q1 giảm qua RB2 làm cho điện áp tại cực B của Q2 giảm dần làm cho điện áp cực C Q2 tăng qua RB1 làm cho điện áp tại cực B Q1 tăng cao Q1 dẫn bão hòa Vc Q2 0 qua RB2 điện áp tại cực B Q2 có giá trị âm Q2 ngưng dẫn , điện áp tại cực C Q2 Vc = Vcc. Mạch sẽ giữ ngun trạng thái này nếu khơng có sự tác động từ bên ngồi. Đây là trạng thái thứ nhất của FF
Ngược lại nếu giả thiết Q2 dẫn mạnh hơn Q1 thì tương tự như trường hợp Q1 dẫn mạnh hơn Q2. Khi đó Q2 dẫn đến bão hòa và Q1 tiến đến trạng hái ngưng dẫn và mạch
điện mãi ở trạng thái này nếu khơng có một tác động khác nào. Đây là trạng thái thứ hai của FF.
Mạch Flip – Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được gọi là mạch lưỡng ổn.
c. Phương pháp kích xung:
Muốn đổi trạng thái của Flip – Flop thì ta có thể cho một xung am vào cực B1
(hoặc cho một xung dương vào cực B2). Muốn trở lại trạng thái cũ tì phải cho một xung dương vào cực B1 (hoặc cực âm vào cực B2).
Ta có sơ đồ mạch kích một bên: RB1 -Vcc C R D R2 RB2 R1 Q2 RC2 RC1 Q1 +Vcc
Với mạch như hình tren ta dùng xung kích điều khiển là xung vng qua mạch vi phân RC để đổi từ xung vuông ra hai xung nhọn. Diode có trong mạch có tác dụng loại bỏ xung nhọn dương và chỉ đưa xung nhọ âm vào cực B1 để đổi trạng thái của Q1 từ bão hòa sang ngưng dẫn.
Giả thiết mạch có trạng thái như trong hình vẽ là Q1 đang bão hòa và Q2 ngưng dẫn. Khi ngõ vào nhận xung vuông Vi qua mạch vi phân RC tạo ra điện áp Vi trên điện trở R là hai xung nhọn. Khi có xung nhọn dương thi D bị phân cực ngược nen ngưng dẫn và mạch FF vẫn giữ nguyên trạng thái đang có. Khi có xung nhọn âm thì D được phân cực thuận coi như nối tắt làm cho điện áp VB1 giảm xuống dưới 0v. Lúc đó Q1 ngưng dẫn nên IB1 = 0, TC1 = 0 nên VC1 sẽ tăng cao tạo phân cực đu mạnh cho cực B2 và Q2 chạy bão hòa. Khi Q2 đã bão hào thì VC2 0.2v nên Q1 khơng được phân cực sẽ tiếp tục ngưng dẫn mặc dù đã hết xung âm.
Như vậy mạch FF đã chuyển từ trạng thái Q1 bão hịa Q2 ngưng sang, sau đó Q1 ngưng Q2 bão hõa. Khi mạch đã ổn định ở trạng thái này thì mạch sẽ khơng bị tác động đổi trạng thái đổi xung kích vào cực B1 nữa. By giờ muốn đổi trang thái của mạch trở lại trạng thái cũ thì phải cho xung vng tiếp theo qua mạch vi phân và D vào cực B2.
d. Dạng sóng:
4.3.2. Mạch đa hài lưỡng ổn dùng cổng logic:
a. Mạch Flip - Flop:
Để tạo mạch flip - flop chỉ cần mắc 2 cổng NOT chéo nhau như hình 4.7
A B Q Q 1 0 0 1
Hình 4.15: Mạch Flip Flop cơ bản
Khi được cấp điện, nếu ngõ ra Q = 0 thì ngõ vào B = 0 qua mạch đảo làm Q = 1 và mạch ổn định ở trạng thái này. Mạch cũng có thể ở trạng thái ngược lại là Q = 1 và
Q = 0 cũng được ổn định
Như vậy mạch có hai trạng thái ổn định theo nguyên lí mạch đa hài lưỡng ổn Để có thể chọn trạng thái cho mạch, người ta có thể dùng các cổng NAND hay NOR và gọi là RS Flip -Flop
b. Mạch RS Flip Flop:
Để điều khiển chọn trạng thái người ta dùng cổng NAND có hai ngõ vào .Một ngõ vào nhận hồi tiếp và một ngõ vào cịn lại để điều khiển
Mạch FF hình 2.18 dùng hai cổng NAND và hai cổng NOT
Vi VC VC 1 VB 1 + 0.8V - 1.5V +11V +0.2V Hình 4.14: Dạng sóng ở các chân t t t t
Q Q 1 0 0 1 1 0 S R Hình 4.16: RS Flip-Flop dùng cổng NAND 4.4. MẠCH SCHMITT – TRIGGER:
4.4.1. Mạch Schmitt – trigger dung tranzistor:
a. Sơ đồ mạch điện căn bản:
Trên sơ đồ (hình vẽ 5.1) hai tranzito Q1 và Q2 dược mắc trực tiếp có chung cực E. Cực B2 được phân cực nhờ Rb2 lấy từ VC1 để có điện áp vào là xung vng thì hai trasistor Q1 và Q2 phải làm việc luân phiên ở chế độ bão hòa và ngưng dẫn. khi Q1 ngưng dẫn thì Q2 bão hồ và ngược lại khi Q1 bão hịa thì Q2 ngưng dẫn
Vo Vi Q2 Q1 RE RB2 RB1 RC2 RC1
Hình 4.17: Mạch Schmitt triggơ căn bản
b. Nguyên lí hoạt động :
- Khi chưa có tín hiệu ngõ vào :
Tranzito Q1 ngưng dẫn do phân cực Vbe 0 ( RB1 nối mass)
Tranzito Q2 dẫn bão hòa do VC1 tăng cao qua RB2 phân cực VBE2 0,7v. Khi
chưa có tín hiệu thời gian dẫn bão hịa lâu, có thể làm Q2 thủng nên dịng phân cực qua RC2 nhỏ
Tín hiệu phải có biên độ đủ lớn để kích Q1 dẫn bão hịa do đó tín hiệu trước khi được đưa đến mạch schmitt-trigger dược đưa qua các mạch khuếch đại
Tín hiệu ngõ vào thường được ghép qua tụ để phân cách thềm điện áp phân cực giảm sự ảnh hưởng do ghép tầng
- Khi có tín hiệu ngõ vào:
Tranzito Q1 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn làm điện áp VC1 0 giảm qua RB2 làm cho VB2 giảm kéo theo sự giảm điện áp VE2 cũng chính là VE1 do
được mắc chung làm cho VBE1 nhanh chóng tăng cao hơn 0,7v Q1 dẫn bão hòa VCE1 0,2v qua RB2 VCE2 0,2vm, Q2 ngưng dẫn ở ngõ ra VC2ta được tín hiệu có dạng xung phụ thuộc vào dạng xung ngõ vào ở Hình 2.22
Hình 4.18. Dạng tín hiệu ngõ vào và ngõ ra mach Schimitt trigger
Như vậy ngõ ra của mạch schimitt trigger ta có được các xung vng có biên độ bằng nhau nhưng độ rộng xung phụ thuộc độ rộng tín hiệu tương tự ngõ vào
4.4.2. Mạch Schmitt trigger dùng cổng logic:
a. Dùng cổng NAND 1 Q 2 Q R1 D
Hình 4.19: Mạch schmitt trigger dùng cổng NAND
Khi điện áp Vi ngõ vào mức thấp thì 2 ngõ vào của cổng (2) ở mức thấp nên cổng (&) có ngõ ra ở mức cao Q=1 và ra cổng (1) có chức năng của cổng NOT nên ngõ ra Q ở mức thấp Q=0.
Khi điện áp Vi ngõ vào mức tăng thì ngõ ra xuống mức thấp Q=0 và ra cổng (2) đảo lại ngõ ra lên mức cao Q=1 làm cho Diode lúc này bị phân cực thuận duy trì trạng thái này mặc dù Vi có thể giảm thấp hơn điện áp ngưỡng Vn
Có thể giải thích tương tự với cổng NOT
BÀI TẬP CHƯƠNG 4:
1. Muốn thay đổi tần số của mạch dao động đa hài chúng ta nên thực hiện bằng cách nào ?
2. Muốn thay đổi thời gian ngắt mở, thường gọi là độ rộng xung, cần thực hiện bằng cách nào?
3. Muốn cho một tranzito luôn dẫn trước khi cấp nguồn, cần thực hiện bằng cách nào? Vo Vi t t R2 Vi Vo t t
4. Hãy cho biết ngun nhân vì sao một mạch dao động khơng thể tạo dao động được, khi điện áp phân cực trên hai tranzito hoàn toàn giống nhau.
5. Trong trường hợp khơng có tranzito NPN, chỉ có tranzito PNP, có thể xây dựng được mạch đa hào khơng ổn được khơng? Nếu có thể xây dựng được mạch dao động đa hào khơng ổn thì mạch được cấu tạo như thế nào?
6. Từ sơ đồ căn bản hãy xây dựng một mạch dao động đa hài không ổn dùng hai tranzito khác loại.
7. Sưu tầm tài liệu về các mạch dao động để xây dựng một mạch dao động đa hài không ổn dùng cổng logic, điện trở, tụ điện và thạch anh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Mạch điện tử (tập 1 – 2), Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2005
[2] Kỹ thuật xung cơ bản và nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TP HCM, 2002 [3] Kỹ thuật số, Nguyễn Thuý Vân, NXB KHKT, 2004
[4] Kỹ thuật điện tử số, Đặng Văn Chuyết, NXB Giáo dục. [5] Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Vũ Đức Thọ, NXB Giáo dục.