Tài liệu Đề tài "Mạch đèn tín hiệu và mạch đén nháy đa hài dùng Transistor" doc

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Khoa Điện Tử Viễn Thông
====o0o====
Báo cáo bài tập lớn
Đề tài: Mạch đèn tín hiệu và mạch đèn nháy đa hài
dùng Transistor
Giảng viên hướng dẫn: Phùng Kiều Hà
Sinh viên thực hiện: Phạm Ngọc Giao
Lưu Quang Hưng
Lớp:Điện tử 8 – K51
Hà Nội 6 - 2009
I. Đặt vấn đề.
Như chúng ta đã biết “tín hiệu” là thông số của một quá
trình,sự thay đổi của tín hiệu theo thời gian tạo ra tin tức
hữu ích. Trên quan điểm kĩ thuật người ta phân chia làm 2
loại tín hiệu:tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Tín hiệu
tương tự là tín hiệu thay đổi liên tục theo thời gian và có
thể nhận mọi giá trị trong khoảng biến thiên của nó.
Ngược lại tín hiệu số là tín hiệu đã được rời rạc hóa về mặt
thời gian và lượng tử hóa về mặt biên độ. Tín hiệu có thể
được khuyếch đại,điều chế,truyền đạt.v.v
Để gia công tín hiệu người ta dùng 2 loại mạch cơ bản là
mạch tương tự và mạch số. Trong những năm gần đây kỹ
thuật số phát triển rất mạnh mẽ và đóng vai trò rất quan
trọng trong việc gia công tín hiệu nhưng nó không thể thay
thế hoàn toàn mạch điện tương tự được. Thực tế có nhiều
thuật toán mà chúng ta không thể dùng mạch số được hoặc
dùng mạch số không kinh tế bằng mạch tương tự hoặc
trong mạch số có nhưng thành phần mạch tương tự. Do đó
trong báo cáo này chúng em xin đề cập đến 2 mạch điện
tương tự đơn giản nhưng có nhiều ứng dụng trong thực tế

và hiệu quả hơn khi sử dụng trong thực tế so với mạch số:
mạch đèn tín hiệu và mạch đèn nháy đa hài dùng
Transistor.
II.Phân công nhiệm vụ.
Phạm Ngọc Giao(nhóm trưởng):
+Mô phỏng mạch bằng WorkBench.
+Hàn và lắp giáp mạch,chạy thử mạch.
+Viết và trình bày báo cáo bằng Word.
+Báo cáo trước lớp.
Lưu Quang Hưng:
+Viết báo cáo bằng Slide.
+Mua và kiểm tra thông số linh liện trước khi hàn
mạch.
+In báo cáo.
III.Nội dung báo cáo.
A. Mạch đèn nháy đa hài.
1.Sơ đồ nguyên lý.
2.Nguyên lý hoạt động.
Sơ đồ thời gian của mạch:

U
ra1
Ʈ
1
ʈ
0
ʈ
1
ʈ
2

ʈ
3
ʈ
u
ra2
Ʈ
2
←
ʈ
1
ʈ
2
ʈ
3
ʈ
U
ra1
và U
ra2
là điện áp ra ở chân Colecter của 2 Transistor.
Nguyên tắc hoạt động của mạch là dựa vào sự biến đổi trạng thái
liên tục của xung vuông ở đầu ra để tạo sự chớp tắt liên tục cho 2
Led. Khi mạch hoạt động tồn tại 2 trạng thái cân bằng,mỗi trạng
thái cân bằng chỉ tồn tại trong một thời gian nhất định rồi tự động
lật sang trạng thái kia và ngược lại. Do đó mạch này còn có tên là
mạch đa hài tự dao động.
Đặc điểm của mạch này là chu kỳ xung ra phụ thuộc vào chu kỳ
của điện áp đồng bộ,còn độ rộng xung ra phụ thuộc vào các thông
số R,C của mạch.
Nguyên lý hoạt động: việc hình thành xung vuông ở cửa ra được

thực hiện sau một khoảng thời gian Ʈ
1
= ʈ
1
- ʈ
0
(đối với đầu ra 1) và
Ʈ
2
= ʈ
2
- ʈ
1
(đối với đầu ra 2) nhờ các quá trình đột biến chuyển
trạng thái tại các thời điểm ʈ
0
, ʈ
1
, ʈ
2
…
Trong khoảng thời gian Ʈ
1
transistor Q1 khóa, Q2 mở. Tụ C1 đã
được nạp đầy trước thời điểm ʈ
0
,phóng điện qua Q2,qua D2, qua
nguồn Ec, qua R1 theo đường +C1→Q2→D2→R1→ -C1 làm
điện thế trên cực bazơ của Q1 thay đổi .Đồng thời trong thời gian
này tụ C2 được nguồn Ec nạp theo đường +E→D1→Q2→ -E làm

điện thế trên cực bazơ của Q2 thay đổi.
Lúc ʈ = ʈ
1
U
B1
≈ 0.6V Q1 mở, xảy ra quá trình chuyển trạng thái
lần thứ 1,do mạch là hồi tiếp dương làm cho mạch lật đến trạng
thái Q1 mở,Q2 khóa.
Trong khoảng thời gian Ʈ
2
= ʈ
2
- ʈ
1
trạng

thái trên được giữ
nguyên, tụ C2(đã được nạp từ trước ʈ
1
) bắt đầu phóng điện theo
đường +C2→Q1→D1→R2→ -C2 và C1 bắt đầu quá trình nạp
tương tự như đã nêu trên cho tới thời điểm ʈ = ʈ
2
thì U
B2
≈ 0.6V làm
cho Q2 mở và xảy ra đột biến lần 2 chuyển mạch về trạng thái ban
đầu Q1 khóa, Q2 mở.
Độ rộng xung Ʈ
1

và Ʈ
2
được tính theo công thức:
Ʈ
1
= R1C1 ≈ 0.7R1C1
Ʈ
2
= R2C2 ≈ 0.7R2C2
Nếu ta cho R1=R2, C1=C2 và Q1 giống với Q2 ta được Ʈ
1
=Ʈ
2
và
ta được mạch đa hài đối xứng, ngược lại ta có mạch đa hài không
đối xứng. Chu kì của xung vuông ra xấp xỉ nguồn cung cấp Ec.
3.Các thông số của mạch điện,giá trị các linh kiện.
Do mạch là mạch đa hài nên hoạt động với các trạng thái chuẩn
và xảy ra quá trình lật trạng thái nên Transistor cần dùng là loại
NPN hoạt động ở chế độ khóa và khuyếch đại do đó chọn
C1815,mạch là mạch đa hài tự dao động đối xứng =>
Q1=Q2=C1815 (có thể dùng C828). Nguồn Ec = 3V, 2led.
Tụ C1, C2 có chức năng phóng nạp để tạo sự thay đổi điện áp
trên cực bazơ của các Transistor nên tụ cần dùng là tụ hóa,mạch đa
hài đối xứng nên C1=C2, giá trị của C1,C2 phụ thuộc vào ta muốn
chọn độ rộng xung là bao nhiêu(tức thời gian đèn sáng là bao
nhiêu). Trong mạch này ta chọn R1=R2=10k ; C1=C2= 47µF
=> Ʈ
1
=Ʈ

2
=0.47s ; Chu kì xung Ʈ = Ʈ
1
+Ʈ
2
= 0.94s
Biên độ xung ra U
ra1
= U
ra2
= 3V.
4.Ứng dụng của mạch trên :
Mạch trên được ứng dụng trong thiết kế dàn đèn nháy để trang
trí, mạch đèn báo hiệu sự cố hoặc khẩn cấp trong các xe cứu hỏa,
cấp cứu, xe 113 hoặc đèn phát tín hiệu SOS.
Ngoài ra mạch còn được dùng để tạo xung vuông trong các mạch
khác với tần số <= 1000Hz với độ chính xác tương đối.
Mạch nguyên lý trong IC tạo dao động 555.
5.Nhận xét,kết luận.
Chúng ta có thể điều chỉnh độ rộng xung(hay thời gian nhấp
nháy) bằng cách thay đổi các thông số R1,R2,C1,C2. Nếu các
thông số trên không giống nhau ta sẽ có đa hài không đối xứng,khi
đó thời gian nháy của các đèn sẽ khác nhau.
Nếu ta thay C1 hoặc C2 bằng điện trở và không có hồi tiếp
dương và đầu vào chân B của các transistor là tín hiệu xoay chiều
ta sẽ được mạch đa hài đợi với tần số nháy sẽ phụ thuộc vào tần số
của nguồn tín hiệu xpoay chiều.
Với mạch trên chúng ta có thể tạo ra một mạch tạo xung vuông
với tần số <= 1000Hz, còn với tần số cao trên 10kHz thì không sử
dụng,vì sẽ làm xấu các thông số của xung vuông do ảnh hưởng có

hại của quán tính các Transistor(tính chất tần số: hiệu ứng Miller
làm gia tăng điện dung của các tụ điện ở ngõ vào và ngõ ra do đó
làm thay đổi hệ số khuyếch đại cuả transistor). Để tạo ra các xung
vuông có tần số cao người ta sử dụng mạch đa hài dùng IC
khuyếch đại thuật toán hoặc IC tuyến tính.
Do Diod quang(Led) chỉ chịu được điện áp đánh thủng là 5V do
đó trong quá trình điều chỉnh 3V =< Ec <= 5V .
Chú ý khi hàn mạch tránh để nhiệt mỏ hàn gây hỏng các linh kiện
cũng như làm thay đổi thông số các linh kiện sẽ gây xấu các thông
số đầu ra của mạch.
Chú ý phân biệt đầu A,K của Led,thứ tự chân của C1815, tụ 47µF
có chân rất ngắn nên cần hàn nối thêm.
Để có thêm sự hiệu biết giữa đa hài đối xứng chúng ta có thể
chọn các điện trở và tụ điện có giá trị khác nhau rồi quan sát sự
sáng tắt thay đổi trên đèn Led.
B.Mạch đèn tín hiệu.
1.Sơ đồ nguyên lý.
Các linh liện sử dụng trong mạch : các transistor C828, H1061,
đèn led, biến trở VR 100K, tụ C1=C2= 100µF, các điện trở R
B1
=
100k, R
C1
= R
E2
= R = 1k; R
C2
= 680Ω
2.Nguyên lý hoạt động.
Q1 và Q2 được mắc thành mạch đa hài tự dao động tạo xung

vuông như mạch đèn nháy đa hài ở trên. Nhưng do R
C1
≠ R
c2
; R
B1
≠
R
B2
nên mạch trên là mạch đa hài tự dao động không đối xứng,
biến trở VR có tác dụng thay đổi thời gian phóng nạp của tụ C1 từ
đó làm thay đổi độ rộng của xung vuông => làm thay đổi chu kì
xung vuông ở đầu ra => thay đổi tần số của xung vuông. Tín hiệu
ở đầu ra của Emiter Q2 được đưa qua Q3 để khuyếch đại dòng cho
đèn led. Để điều chỉnh tần số chớp tắt của đèn led ta điều chỉnh
biến trở VR.
3.Tính toán các thông số của mạch và chọn các linh kiện.
Do Q1 và Q2 được mắc theo mạch đa hài tự dao động nên,các
Transistor làm việc ở chế độ khuyếch đại điện áp nên Q1 = Q2
=C828. Tín hiệu ở đầu ra Emiter của Q2 là tín hiệu dòng điện dùng
để thay đổi độ sáng của Led nên Q3 dùng là H1061 để khuyếch đại
dòng điện.
Điện trở R
E2
có chức năng ổn định dòng ra; tụ C1, C2 có chức
năng phóng nạp để thay đổi điện áp trên cực bazơ của Q1 và Q2 từ
đó thay đổi chu kì xung vuông; biến trở VR dùng để thay đổi tần
số của xung vuông dẫn đến thay đổi sự chớp tắt của các led theo
công thức sau :
T = Ʈ1 + Ʈ2 = 0,7(C2.R

B1
+ C1.VR). (1)
f = 1/T
R có tác dụng thay giảm điện thế đặt vào cực B của Q3 tránh Q3 bị
hỏng.
4.Ứng dụng của mạch.
Dùng trong thiết kế các biển quảng cáo, thiết kế đèn báo hiệu
những nơi nguy hiểm hay xảy ra tai nạn như nơi giao nhau với
đường sắt,đường quốc lộ hoặc đèn giao thông hoặc đèn báo hiệu
cho hệ thống nào đó.
Để điều chỉnh tần số chớp tắt ta thay đổi biến trở VR,hoặ giá trị
của các tụ điện điện trở. Muôns tần số f lớn ta nên sử dụng các
điện trở,tụ điện có giá trị nhỏ.
5.Nhận xét, kết luận.
Thực tế,mô hình mạch trên chỉ dùng trong mạch báo hiệu công
suất nhỏ, vì BIT làm việc ở chế đọ khuyếch đại tín hiệu nhỏ.Còn
với những mạch công suất lớn người ta sử dụng các IC tương tự có
cấu tạo như mạch trên.
Trong thực tế khi thiết kế người ta thường tính trước tần số chớp
tắt f,vì vậy sẽ dễ dàng chọn các linh kiên,không sử dụng biến trở
VR,mạch trên sử dụng biến trở VR chỉ với mục đích minh họa cho
các kiến thức đã học.
Biến trở VR hay bị nhờn do chúng ta vặn đi vặn lại nhiều lần.
Do mạch sử dụng các giá trị linh kiện khá lớn, nên độ rộng xung
Ʈ tương đối lớn => chu kỳ T cũng lớn => tần số nháy của mach
nhỏ trong khi đó thời gian phóng tụ ngắn nên khi chạy mạch ta sẽ
thấy thời gian sáng của đèn lớn hơn thời gian tắt.Để thay đổi thời
gian sáng tắt ta có thể thay đổi giá trị của các điện trở và tụ điện.
Trong quá trình làm mạch chúng ta cần chú ý điện áp cấp nguồn
Vcc,nếu điện áp cao quá sẽ làm cháy led và làm hỏng các

Transistor, nhất là H1061 rất dễ bị hỏng vì nhiệt.Vì khi H1061
hoặc VR bị hỏng sẽ ảnh hưởng đến việc điều chỉnh tần số chớp tắt
của đèn.
Cần chú ý tới các hệ số khuyếch đại của BJT,điện áp làm
việc.Mạch cũng làm việc ở chế đọ khuyếch đại tín hiệu nhỏ(chế độ
A).
IV.Tài liệu tham khảo.
• Kĩ thuật điện tử Đỗ Xuân Thụ, NXBGD 2004.
• Nguyên lý căn bản và ứng dụng mạch điện tử Đỗ
Thanh Hải, NXB Thống Kê.
• Điện tử căn bản Nguyễn Đình Bảo, NXB KHKT
2008.
•
•
•
•