Tài liệu Thiết kế và thi công mạch quang báo dùng EPROM, chương 14 pdf

CHƯƠNG 14: BỘ THÚC CÔNG SUẤT
I. GIỚI THIỆU BỘ THÚC CÔNG SUẤT:
Để bảng đèn hiển thò được rõ ràng một câu văn bản, một
hình ảnh, một ký hiệu… thì bắt buộc các LED trong bảng phải
sáng đủ mạnh, việc này được thực hiện một cách dễ dàng khi
dùng các Transistor hoạt động ở lớp D (chế độ Switching, tắt-
bão hòa, đóng -cắt).
Ngoài ra, ta cũng có thể dùng các IC chuyên dùng để thúc
công suất như:7416, 7417… (thuộc họ TTL) hoặc 4049, 4050…(
họ CMOS). Các IC này ngày nay đã được chế tạo với dòng ngõ
ra có thể lên đến hàng chục mA (có thể lên đến 50 mA), bảo
đảm kéo nổi hầu hết các tải trong các mạch điện tử số.
Tuy nhiên, nếu dùng các IC để thúc công suất thì ta sẽ có
dòng ngõ ra cố đònh, khi muốn dùng tải có công suất lớn hơn thì
ta khó sửa đổi lại mạch thúc công suất được. Và một điều nữa là
theo tính toán, dòng điện ở một cột LED có thể lên đến gần
100mA, giá trò này cao hơn nhiều so với dòng ngõ ra cực đại của
các IC thúc nên ở mạch điện thuộc đồ án này thì không thể
dùng các IC để thúc trực tiếp tải được.
Còn nhiều cách khác nữa để thúc tải như dùng SCR, triac,
op-to, Solid State Relay… Các cách này thường được dùng cho
các tải có công suất lớn như các bảng đèn ở quảng trường.
Do tải ở đây là bảng đèn có công suất không lớn lắm nên
ta chỉ cần dùng các Transistor công suất trung bình là đủ để thúc
sáng nó.
Bảng đèn cần được thúc bởi hai bộ thúc hàng và cột khác
nhau mới sáng được nên ở đây cũng đưa ra hai bộ thúc hàng và
thúc cột dùng Transistor.
1. Bộ thúc công suất hàng dùng Transistor:
Dữ liệu từ ngõ ra EPROM muốn hiển thò được thì phải ở
mức logic [1] (do đề tài này quy đònh), sau khi qua cổng đệm

7404 sẽ bò đảo lại thành mức logic[0]. Với mức logic này, để bộ
thúc công suất hoạt động (Transistor dẫn bão hòa) thì phải dùng
Transistor loại pnp, mạch được ráp như sau:
Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi cực B của
Transistor ở mức logic[0] thì mối nối BE được phân cực thuận
làm Transistor dẫn, lúc này áp rơi trên CE sẽ giảm (điện áp trên
chân C là V
C
sẽ tăng về hướng V
CC
) làm BC cũng được phân
cực thuận luôn. Do BE, BC đều phân cực thuận nên Transistor
sẽ dẫn bão hòa và có dòng đủ mạnh để cung cấp cho LED. Khi
dữ liệu ở ngõ ra của EPROM ở mức logic[0] (không hiển thò trên
bảng đèn) thì sau khi qua cổng NOT (7404), dữ liệu này sẽ được
chuyển thành mức logic[1] làm BE, BC không được phân cực
thuận nữa nên Transistor sẽ tắt, ngưng cung cấp dòng cho LED.
Như vậy Transistor sẽ dẫn bão hòa khi dữ liệu ở ngõ ra EPROM
ở mức logic[1], tắt khi dữ liệu này ở mức logic[0].
2. Bộ thúc công suất cột:
Do bộ quét cột đưa tín hiệu điều khiển cho phép ở mức
logic[0], sau khi qua bộ đệm 7404 sẽ trở thành mức logic[1], vì
vậy Transistor loại npn được sử dụng để làm bộ thúc công suất
cột, mạch được ráp như sau:
VCC
pnp
7404
R
B
R

C
Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch: khi tín hiệu cho
phép gởi đến (ở mức logic[0]), qua IC 7404 sẽ trở thành mức
logic[1], phân cực thuận BE của Transistor làm Transistor này
dẫn. Lúc này, tương tự trường hợp trên, áp rơi trên CE giảm làm
BC cũng được phân cực thuận nên Transistor sẽ chuyển đến
trạng thái dẫn bão hòa, cung cấp dòng cho LED. Khi tín hiệu
cho phép ở mức logic[1], BE sẽ không được phân cực thuận nữa
làm Transistor tắt, ngưng cấp dòng cho LED.
Trong đồ án, mạch thúc công suất ngang và dọc được kết
nối lại với nhau như sau:
Giải thích nguyên lý hoạt động: theo hình trên, LED chỉ
được phép sáng khi cà hai Transistor cùng dẫn. Để thỏa mãn
yêu cầu này thì dữ liệu từ EPROM gởi ra phải ở mức logic[1],
đồng thời tín hiệu từ bộ quét cột cũng phải ở mức logic[0]. Lúc
npn
7404
R
B
VCC
npn
7404
pnp
7404
R
B
R
B
R
C

này, dựa vào hai cách lý giải ở trên cho bộ thúc công suất hàng
và cột, cả hai Transistor đều dẫn bão hòa nên có dòng cung cấp
cho LED.
II. TÍNH TOÁN CHO BỘ THÚC CÔNG SUẤT:
IC 7404 có áp ngõ ra ở mức cao  2,7V (chọn = 5V).
Do mạch quét cột gồm 32 cột, tại mỗi thời điểm chỉ có một
cột được phép hiển thò nên thời gian hoạt động của mỗi cột chỉ
chiếm 1/3
 33% thời gian quét hết 32 cột. Do đó dòng điện
trung bình qua mỗi LED cũng chỉ chiếm cỡ 33% so với dòng
điện tức thời qua nó.
Chọn dòng điện trung bình qua LED là I
tb
= 10 mA khi đó
dòng điện tức thời qua nó là:

I
tt
= = 333 mA = I
cbh
chọn 
bh
= 25 (chung cho T
1
và T
2
)
Điều kiện để Transistor bão hòa:

bh

*I
B
 I
cbh
 I
BH
= I
BC
 = = 13,3 mA
VCC
T2
7404
T1
7404
R
BH
R
BC
R
E
0V
4V

bh
I
cbh
25
333
3%
10mA

do sụt áp trên LED đỏ (1,8V~2V) nhỏ hơn sụt áp trên LED xanh
(3V) nên để an toàn và đơn giản, ta chỉ tính toán đối với LED
đỏ.
Tính R
E
: ta có I
cbh
*R
E
= 5V – (0,2V + 2V + 0,2V)
 R
E
= = 7,8   chọn R
E
= 6,8 
với R
E
= 6,8   I
cbh
= I
tt
=  382 mA
 I
tb
= 382 mA*3%  11,46 mA
với I
cbh
= 382 mA  I
BH
 = 15,28 mA

Vậy chọn giá trò R
E
= 6,8 
Ta có I
BH
(dòng điện qua R
BH
) = =
=
  15,28 mA  R
BH
≤ = 0,12 K

chọn R
BH
= 120 
đối với Transistor T
2
: I
BC
(dòng điện qua R
BC
) = =
 15,28 mA
 R
BC
≤ 0,288 K

chọn R
BC

= 270 
Xét trường hợp cả 7 LED trong cùng một cột đều sáng, ta chỉ
tính toán đối với T
2
6,8

2,6V
25
382
R
BH
5V
–
I
cbh
* R
E
–
0,6V
R
BH
5V
–
2,6
–
0,6
R
BH
1,8
R

BH
1,8
15,28 mA
1,8V
R
BC
5V
–
0,6V
R
BC
4,4 V
T2
7404
R
BC
7 LED
333mA
2,6V
Khi 7 LED cùng sáng thì dòng điện tức thời qua T
2
là: 7 * 382
mA = 2,674 A
Tương tự như trên ta có I
BC
=  = =
107 mA
 R
BC
≤ = 0,041 K  chọn R

BC
= 39 
Transistor thúc hàng chọn loại B562, thúc cột chọn loại D468.
Hai Transistor này có dòng I
C
đến 1A nên bảo đảm hoạt động
tốt ở mạch này.
R
BC
5V
–
0,6V
R
BC
I
cbh
25
2,674A
107 mA
4,4
V