C 1=2= hu kỳ dao động là:
d. Mạch đổi chu trình làm việc:
Trong sơ đồ mạch dao động tích thốt cơ bản dùng OP-AMP, tụ C nạp điện và xả điện
đều qua điện trở R nên hằng số thời gian nạp và xả bằng nhau. Điều này cĩ nghĩa là
thời gian xung vuơng cĩ điện áp cao và thời gian xung vuơng cĩ điện áp thấp dài bằng nhau. Xung vuơng ra là xung khơng đối xứng cĩ chu trình làm việc là D = 50%.
VA Vin- Vin- VB Vin+ VA VB Vcc -Vcc V0 t t t Hình 4.5. Dạng sĩng ở các chân.
trở VR sẽ làm thay đổi thời gian nạp và thời gian xả của tụ theo hai hướng ngược nhau,nên tăng thời gian nạp sẽ làm giảm thời gian xảvà ngược lại
Khi tụ C nạp điện áp dương từ ngõ ra sẽ nạp qua điện trở R, biến trở VR ( phàn dưới ) và qua diode D2. Khi tụ C xả điện áp dương và sau đĩ nạp điện áp âm sẽ xả qua R< biến trở VR ( phần trên ) và qua diode D1.
Khi điều chỉnh biến trở VR chỉ làm thay đổi chu trình làm việc mà vẫn giữ nguyên tần số dao động.
4.1.4 Mạch tạo xung vuơng và tam giác:
Mạch dao động tích thốt cơ bản tạo xung đối xứng ở ngõ ra. Nếu kết hợp mạch tích phân tích cực dùng OP-AMP thì mạch cĩ thể cho ra xung tam giác.
Hình 4.8: Mạch tạo xung vuơng và tam giác
OP-AMP (1) là mạch dao động tích thốt để tạo xunh vuơng theo nguyên lý trên. Xung vuơng được lấy trên biến trở VR1 để thay đổi biên độ ngõ ra
OP-AMP (2) là mạch tích phân tích cực nhận xung vuơng từ ngõ ra của OP-AMP(1)
đổi thành dạng xung tam giác.Xung tam giác được lấy trên biến trở VR2 để thay đổi
biên độ ngõ ra.
4.2. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG VI MẠCH 555.
Vi mạch định thì 555 là mạch tích hợp Analog – Digital nên cĩ nhiều tác giả xếp vào một chương trong giáo trình Mạch tương tự, cĩ nhiều tác giả lại xếp vào một chương trong giáo trình Mạch số
Vi mạch định thì 555 và họ của nĩ được ứng dụng rất ộng rãi trong thực tế ,đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển vì nếu kết hợp với các linh kiện RC thì nĩ cĩ thể thực hiện nhiều chức năng như định thì,tạo xung chuẩn ,tạo tín hiệu kích hay điều khiển các linh kiện bán dẫn cơng suất như Transistor,SCr,Triac… Do đĩ chúng tơi xếp Vi mạch định thì 555 là một chương trình ″ Kỹ thuật xung”.
4.2.1. Sơ đồ chân và cấu trúc:
Vi mạch 555 được chế tạo thơng dụng nhất là dạng vỏ Plastic như hình vẽ 4.9 Chân1: GND (nối đất)
Chân2: Trigger Input (ngõ vào xung nảy) Chân3: Output ( ngõ ra)
Chân4: Reset (hồi phục)
Chân5: Control Voltage ( điện áp điều khiển) Chân6: Threshold (Thềm –ngưỡng)
Chân7: Dirchage ( xả điện)
NE5558 5 8 5 Vo1 Vo1 +VCC -VCC +VCC -VCC R R1 R2 - + 1 2 3 - + 1 2 3 C1 VR1 1 3 2 VR2 1 3 2 R3 R5 R4 C2
Trang 56
Chân8: +VCC ( nguồn dương)
Bên trong vi mạch 555 cĩ hơn 20 Transistor và nhiều điện trở thực hiện chức năng như trong hình 4.10 gồm cĩ:
1)-Cầu phân àp gồm 3 điện trở 5KΩ nối từ nguồn =UCC xuống mass cho ra 2 áp thế chuẩn là 1/3 UCC và 2/3 UCC .
2)-OP-AMP (1) là mạch khuếch đại so sánh cĩ ngõ I-n nhận điện áp chuẩn 2/3
UCC cịn ngõ I+n thì nối ra ngồi chân 6. Tùy thuộc điện áp của chân 6 so với điện áp
chuẩn 2/3 UCC mà OP-AMP (1) cĩ điện áp mức cao hay thấp để làm tín hiệu R (Reset) điều khiển Flip-Flop(F/F).
3)-OP-AMP(2) là mạch khuếch đại so sánh cĩ ngõ I+n nhận điện áp chuẩn 1/3 UCC cịn ngõ I-
n thì nối ra ngồi chân 2. Tùy thuộc điện áp chân 2 so với điện áp chuẩn 1/3 UCC mà OP-AMP (2) cĩ áp thế ra mức cao hay thấp để làm tín hiệu S
(Set) điều khiển Flip –Flop (F/F).
4)-Mạch Flip-Flop (F/F) là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân Set (S) cĩ điện áp cao thì điện áp nầy kích đổi trạng thái của F/f là ngõ Q lên mức cao và ngõ
Q của xuống mức thấp. Khi ngõ Set đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F khơng
đổi trạng thái. Khi chân Reset ® cĩ điện áp cao thì điện áp nầy kích đổi trạng thái. Khi
chânReset (R ) cĩ điện áp cao thì điện áp nầy kích đổi trạng thái của F/f làm ngõ Q
lên mức cao và ngõQ xuống mức thấp. Khi ngõ Reset đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F khơng đổi trạng thái.
5)-Mạch OUTPUT là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dịng cấp cho tải. Đây là mạch khuếch đại đảo cĩ ngõ vào là chân Q của F/F nên khi Q
ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ cĩ điện áp thấp (≈0v) và ngược tại khi Q
ở mức thấp thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ cĩ điện ápcao (≈UCC ) .
6)- Transistor T1 cĩ chân e nối vào 1 điện áp chuẩn khoảng 1,4 V và loại Transistor. PNP nên khi cực b nối ra ngồi bởi chân 4 cĩ điện áp cao hơn 1,4V thì T1 ngưng dẫn nên T1 khơng ảnh hưởng đến hoạt động của mạch khi chân 4 cĩ điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hịa đồng thời làm mạch OUTPUT cũng dẫn bão hịa và ngõ ra xuống thấp. Chân 4 được gọi là chân Reset cĩ nghĩa là nĩ Reset IC
Hình 4.10 Cấu trúc của IC 555. V r =1,4V T2 + - 3 2 6 + - 3 2 6 5K 5K 5K T1 3 2 1 F/F OUT PUT NOT R S 1/3 VCC 2/3 VCC 1 2 3 4 5 6 7 8
sớm khi cần. Nếu khơng dùng chức năng Reset thì nối chân4 lê UCC để tránh mạch bị Reset do nhiễu.
7)- Transistor T2 là Transistor cĩ cực C để hở nối ra chân7 (Discharge =xả ). Do cực Bược phân cực bởi mức điện áp ra Q của F/F nên khiQ ở mức cao thì T2 bão hịa và cực C của T2 coi như nối mass, lúc đĩngõ ra chân 3 cũng ở mức thấp. Khi
Q
ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực Ccủa T2 bị hở, lúc đĩ ngõ ra chân 3 cĩ điện áp cao. Theo nguyên lý trên cực C của T2 ra chân 7cĩ thể làm ngõ ra phụ cĩ mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân 4. Hình 4.10 là sơ đồ cấu trúc bên trong của IC 555 vẽ theo kiểu sơ đồ chức năng.
4.2.2. Các mạch dao động. a. Mạch phi ổn cơ bản. a. Mạch phi ổn cơ bản.
Sơ đồ mạch hình 4.11 là ứng dụng của IC 555 là
mạch đa hài phi ổn để tạo xung vuơng.
Trong mạch chân ngưỡng ( Threshoide ) số 6 được nối với chân nảy (Trigger) số 2 nên hai chân này cĩ chung điện áp là điện áp trên tụ C để so với điện áp chuẩn 2|3 VCCvà 1|3 VCC bởi OP- AMP (1) và OP- AMP (2). Chân 5 cĩ tụ nhỏ, 01 nối mass để lọc nhiều tần số cao cĩ thể làm ảnh hưởng điện áp
chuẩn 2/3 VCC.
Chân 4 nối nguồn + VCC nên khơng dùng chức
năng Reset, chân 7 xả điện được nối vào giữa 2 điện trở RA và RB tạo đường xả điện cho tụ. Ngõ ra chân 3 cĩ điện trở giới hạn dịng 1,2 K và Led để biểu thị mức điện áp ra – chỉ cĩ thể dùng trong trường hợp
tần số dao động cĩ trị sơ thấp từ 20HZtrở xuống thì ở tần số cao hơn 40HZ trạng thái sang + tắt của Led khĩ cĩ thể nhận biết bằng mắt thường.
Để phân tích nguyên lý của mạch cần phối hợp mạch ứng dụng hình 4.51 và sơ đồ cấu
trúc hình 4.52
Khi mới đĩng điện tụ C bắt đầu nạp từ OV lên nên:
-OP-AMP (1) cĩ VI+< VI- nên ngõ ra cĩ V01 = mức thấp, ngõ R= 0 (mức thấp) - OP-AMP (2) cĩ VI+ > VI- nên ngõ ra cĩ V02 = mức cao , ngõ S=1(mức cao )
Mạch F|F cĩ ngõ S=1 nên Q=1 và Q = 0 . Lúc đĩ ngõ ra chân 3 cĩ V0 ≈ VCC (Do qua mạch đảo ) làm Led sáng .
Transistor T2 cĩ VB2 = 0 do Q=0 nên T2 ngưng dẫn để tụ C được nạp điện Tụ C nạp điện qua RA và RB với hằng số thời gian khi nạp là:
τnap =(RA +RB)
Khi điện áp trêntụ tăng đến mức 1/3 VCC thì OP-AMP (2) đổi trạng thái, ngõ ra cĩ V02 = mức thấp, ngõ S = 0 ( mức thấp ). Khi S xuốmg mức thấp thì F|F khơng đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức cao, Led vẫn sáng .
Khi điện áp trên tụ tăng đến mức 2|3 VCCthí OP-AMP (1) dổi trạng thái, ngõ ra cĩ V01 = mức cao, ngõ R = 1.
Mạch F|F cĩ ngõ R= 1 nên Q= 1.Lúc đĩ ra chân 3 cĩ V0 ≈ 0V làm Led tắt. Khi ngõ
Hình 4.11: M ạch đa hài phi ổn
+VCC=12V.01 .01 C R96 Ra R=1,2K Rb 555 1 2 3 4 5 6 7 8
Trang 58
mà phải xả điện qua RB và Transistor T2 xuống mass. Tụ C xả điện qua RB với hằng số thời gian là:
τxả =RB. C
Khi điện áp trên tụ – tức là điện áp chân 2 và chân 6- giảm xuống dưới 2/3 VCC thì OP-AMP(1) đổi trở lại trạng thái cũ là V01 = mức thấp, ngõ R = 0. Khi R xuống mức thấp thí F|F khơng 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 cĩ VI+ > VI- nên ngõ ra cĩ V02 = mức cao, ngõ S1 = 1.Mạch F|F cĩ ngõ S=1 và Q=0, ngõ ra chân 3 qua mạch đảo cĩ V0 ≈ + VCC làm Led lại sáng, đồng thời lúc đĩ T2 mất phân cực do
0 =
Q nên ngưng dẫn và chấm dứt giai đoạn xả điện của tụ. Như vậy mạch đã trở lai trạng thái ban đầu và tụ lại nạp điện từ mức 1/3 VCC nên đến 2/3 VCC, hiện tưọng này sẽ tiếp diễn liên tục và tuần hồn.
Lưu ý: Khi mới mở điện tụ C sẽ nạp điện từ 0V lên 2|3 VCC rồi sau đĩ tụ xả điện là 2/3 VCC xuống 1/2 VCC chứ khơng xả xuống 0v. Những chu kỳ sau tụ sẽ nạp từ 1/3VCC lên 2/3 chứ khơng nạp từ 0v nữa.
Thời gian tụ nạp là thời gian V0 ≈ + VCC , Led sáng. Thời gian tụ xả là thời gian V0 ≈ 0v , Led tắt.
Thời gian nạp và xả tụ được tính theo cơng thức: Thời gian nạp : tnạp=0,69. τnạp
: tnạp= 0,69 .( RA + RB) C Thời gian xả : txả = 0,69.τxả
.txả = 0,69 . RB . C
Điện áp ở ngõ ra chân 3 cĩ dạng hình vuơng với chu kỳ là: T = tnạp+txả
T = 0,69 ( RA+ 2RB) C
Do thời gian nạp và thời gian xả khơng bằng nhau ( tnạp > txả ) nên tín hiệu hình vuơng ra khơng đối xứng. Tần số của tín hiệu hình vuơng là:
C R R T f B A 2 ) ( 69 , 0 1 1 + = = b. Mạch phi ổn đối xứng :
Trong mạch phi ổn cơ bản , do thời gian nạp và thời gian xả của tụ khơng bằng nhau nên dạng điện áp ở ngõ ra khơng đối xứng.
Ta cĩ : tnạp =0,69 ( RA + RB ) .C .txả = 0,69 RB .C
Để cho dạng sĩng vuơng ở ngõ ra đối xứng người ta cĩ thể thực hiện bằng nhiều cách
Cách thứ 1: Chọn điện trở RA cĩ trị số rất nhỏ so với RB thì lúc đĩ sai số giữa tnạpvà txảcoi như khơng đáng kể. Điều này khĩ thực hiện nếu làm việc ở tần số cao.
Điện trở RA cĩ trị số tối thiểu khoảng vài KΩ thì RB phải cĩ trị số rất lớn khoảng vài
trăm KΩ. Với các trị số điện trở này thì tần số dao đơng khơng thể cao được.
Cách thứ 2 : Dùng Diode D ghép song song RB theo chiều hướng xuống như hình vẽ 4.12 khi cĩ Diode D, thời gian tụ C nạp làm Diode D được phân cực thuận cĩ
điện trở rất nhỏ nên coi như nối tắt RB. Thời gian nạp điện của tụ được tính theo cơng
thức :
tnạp 0,69 ≈ RA . C
Khi tụ C xả điện thi Diode được phân cực ngược nên tụ vẫn xả điện qua RB. Thời gian xả điện của tụ được tính theo cong thức : txả = 0,69 RB .C
Hình 4.12a Hình 4.12b.
Thật ra trong mạch điện hình 4.12a khi tụ nạp dịng điện phải qua RA và đện trở thuận của Diode nên thời gian nạp vẫn lớn hơn thời gian xả một ít. Để cho tín hiệu thật
đối xứng thì ghép thêm Diode nối tiếp với điện trở RB như hình 4.12b, như vậy cả hai
trường hợp nạp và xả đều cĩ Diode. Điều kiện của hai mạch trên là RB phải cĩ trị số khá lớn so với điện trở thuận của Diode.