Giáo trình Kỹ thuật xung – số (Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính - Cao đẳng): Phần 1 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

1
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN
XÂY DỰNG VIỆT XÔ
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TĐH

GIÁO TRÌNH

Tên mơ đun: Kỹ thuật xung – số
NGHỀ: SỬA CHỮA, LẮP RÁP MÁY TÍNH
TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG

TAM ĐIỆP năm 2018

1


2
LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm gần đây công nghệ vi điện tử phát triển rất mạnh mẽ. Sự ra
đời của các vi mạch cỡ lớn, cực lớn với giá thành giảm nhanh, khả năng lập trình
ngày càng cao đã mang lại những thay đổi sâu sắc trong ngành kỹ thuật điện tử.
Ngày nay, trong kỹ thuật kỹ thuật vô tuyến điện có rất nhiều thiết bị cơng tác trong
một chế độ đặc biệt là chế độ xung. Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật hiện đại như: thông tin, điều khiển, ra đa, vơ
tuyến truyền hình, điện tử ứng dụng, điều khiển tự động hóa trong cơng nghiệp ... Ở
những mức độ khác nhau chúng đã và đang thâm nhập vào tất cả các thiết bị điện
tử thông dụng và chuyên dụng.
Giáo trình Kỹ thuật xung - số được biên soạn nhằm đáp ứng nhu cầu tiếp cận
kỹ thuật hiện đại và được biên soạn theo chương trình khung của Bộ lao động
thương binh xã hội. Giáo trình được làm tài liệu giảng dạy cho nghề Sửa chữa và
lắp ráp máy tính ở cấp trình độ cao đẳng nghề. Giáo trình cũng có thể làm tài liệu

tham khảo cho các kỹ thuật viên, công nhân ngành công nghệ tin học. Nhằm trang
bị cho bạn đọc nền kiến thức tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị xung
số, bằng những kinh nghiệm tác giả đúc kết được từ thực tiễn trên các máy công
nghệ điều khiển số hiện đại và từ thực tế giảng dạy cũng như tham khảo một số tài
liệu đáng tin cậy trong nước và tài liệu dự án, tác giả đã biên soạn ra quyển giáo
trình này.
Q trình biên soạn giáo trình, khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất
mong sự đóng góp của các độc giả gần xa.
Tam Điệp, ngày……tháng…..năm 2018
Tham gia biên soạn
1. Trần Thế cương
2. Vũ Xuân Thủy
3. Đào Quang Thắng

2


3
MỤC LỤC

1.
2.
3.
4.
9.
10.
11.
12.
13.
14.

15.

Lời giới thiệu
Mục lục
Bài1: Kỹ thuật xung
Bài 2:Cơ sở Kỹ thuật số
Bài 3: Mạch mã hóa, giải mã
Bài 4: Mạch dồn kênh, phân kênh
Bài 5: FLIP- FLOP
Bài 6: Mạch đếm
Bài 7: Mạch ghi
Bài 8: Bộ nhớ
Bài 9: Mạch biến đổi D/A, A/D

02
03
08
26
46
60
71
79
93
98
107

3


4

CHƢƠNG TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: Kỹ thuật xung số
Mã số mô đun: MĐ 19
Thời gian mô đun: 60h (Lý thuyết : 24giờ ; Thực hành, thí nghiệm, bài tập, thảo
luận: 32giờ; Kiểm tra: 4 giờ)
I. VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN :
- Vị trí của mơ đun: Mơ đun được bố trí sau khi học sinh học xong các mơ
đun Đo lường Điện, kỹ thuật điện tử
- Tính chất của mô đun: Là mô đun cơ sở chuyên mơn nghề bắt buộc.
II. MỤC TIÊU MƠ ĐUN :
Học xong mơn học này học viên có khả năng:
- Trình bày được sơ đồ mạch điện và nguyên lý làm việc của các mạch mã
hoá, giải mã, dồn kênh, phân kênh, mạch đếm, ghi dịch, mạch chuyển đổi AD/DA,
DA/AD các bộ nhớ ROM và RAM một cách nhanh chóng và chính xác;
- Lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa được các mạch trên đảm bảo các chỉ tiêu: an
toàn, hoạt động ổn định, đúng thời gian quy định.
III. NỘI DUNG MÔ ĐUN :
1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:

Số
TT

1

Tên các bài trong mô đun

Bài 1 : mạch dao động tạo xung
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Các thông số

1.3. Phân loại
2. Mạch tạo xung dùng BJT
2.1. Sơ đồ căn bản
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số
2.4. Thực hành lắp ráp
4

Thời gian
Thực
hành
Thí
Tổng
Lý
nghiệm
số thuyết
bài tập
Thảo
luận
5
8
3
1
1

3

1

2

Kiểm
tra*


5

2

3

2. Mạch tạo sung dùng IC555
2.1. Sơ đồ căn bản
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số
2.4. Thực hành lắp ráp
3. Mạch tạo xung dùng OA
2.1. Sơ đồ căn bản
2.2. Nguyên lý làm việc
2.3. Sơ đồ có điều chỉnh tần số
2.4. Thực hành lắp ráp
Bài 2 : Cơ sở kỹ thuật số
1. Hệ đếm
1.1. Các hệ thống số đếm
1.2. Chuyển đổi các hệ thống số
đếm
1.3. Các phép tính hệ nhị phân
2. Bộ mã hóa
2.1. Mã BCD
2.2. Mã Gray

2.3. Mã thừa 3
2.4. Mã Jonhson
3. Các phép toán logic
3.1. Phép phủ định
3.2. Phép tuyển
3.3. Phép hội
4. Các cổng logic thông dụng
4.1. Các cổng logic thông dụng
4.2. Các vi mạch cổng
5. Hàm lô gic
4.1. Khái niệm
4.2.Các phương pháp biểu diễn hàm
logic
4.3. Tối giản hóa hàm logic
4.4. Thiết kế mạch logic tổ hợp
Bài 3 : Mạch mã hóa, giải mã
1. Mạch mã hóa
1.1. Khái niệm
1.2. Thiết kế mạch
1.3. Thực hành lắp ráp mạch
5

2

0.5

1.5

2

0.5

1.5

12
2

7
2

1

1

1

1

4

1

3

4

2

2

10
4

2
1

6
3

5

2


6

4

5

6

7

2. Mạch giải mã
2.1. Khái niệm
2.2. Thiết kế mạch
2.3. Lắp ráp mạch
Kiểm tra định kỳ
Bài 4 : Mạch dồn kênh , phân

kênh
1. Mạch dồn kênh
1.1. Khái niệm
1.2. Thiết kế mạch
1.3. Thực hành lắp ráp mạch
2. mạch phân kênh
2.1. Khái niệm
2.2. Thiết kế mạch
2.3. Lắp ráp mạch
Bài 5 : Flíp- Flop
1. FF RS
2. FFRST
3. FF JK
4. FF T
Bài 6 : Mạch đếm
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm
1.2. Phân loại
2. Mạch đếm nhị phân
2.1. Thiết kế mạch
2.2. Thực hành lắp ráp mạch
3. Mạch đếm BCD
3.1. Thiết kế mạch
3.2. Thực hành lắp ráp mạch
Bài 7 : Mạch ghi
1. Mạch ghi nối tiếp
1.1. Khái niệm
1.2. Cấu trúc mạch
1.3. Nguyên lý làm việc
2. Mạch ghi song song

2.1. Khái niệm

4

6

1

3

2
6

2
2

6

3

1

2

3

1

2

4
0.5
0.5
2
1
8
0.5

2
0.5
0.5
0.5
0.5
2
0.5

2

4

1

3

3.5

0.5

3

4
0.5

1
0.5

3

0.5

0.5

1.5
0.5
6


7

8

10

2.2. Cấu trúc mạch
2.3. Nguyên lý làm việc
3.Mạch ghi vòng
3.1. Cấu trúc mạch
3.2. Thực hành lắp ráp
Bài 8 : Bộ nhớ ROM-RAM
1. Bộ nhớ ROM

1.1. Khái niệm
1.2. Cấu trúc
1.3. Các loại ROM thường gặp
2. Bộ nhớ RAM
2.1. Khái niệm
2.2. Cấu trúc
2.3. Các loại RAM thường gặp
Bài 09: Mạch chuyển đổi A/D,
D/A
1. Mạch chuyển đổi A/D
1.1. Khái niệm chung
1.2. Sơ đồ nguyên lý
1.3. Nguyên lý làm việc
1.4. Thưck hành lắp ráp mạch
2. Mạch chuyển đổi D/A
2.1. Khái niệm chung
2.2. Sơ đồ nguyên lý
2.3. Nguyên lý làm việc
2.4. Thực hành lắp ráp mạch
Kiểm tra định kỳ
Cộng

3

2
1

2
1

1

1

6

1

3

2

0.5

1.5

2

0.5

1.5

2
60

7

3

24

32

2

2
4


8
BÀI 1: Mạch dao động tạo xung
Giới thiệu:
Trong kỹ thuật xung điện đóng vai trị quan trọng, đơi khi ngun nhân hệ
thống điều khiển điện tử-số không hoạt động khi lắp ráp hoặc hư hỏng khi thiết bị
đang vận hành không phải do quá tải, quá áp mà do ngay các xung điều khiển
không đạt các thông số kỹ thuật.
Bài này giới thiệu về các khái niệm, các đặc trưng, đại lượng, các ảnh hưởng
của các xung trong các mạch điện tử-số. Học viên cần hiểu rõ và vận dụng các kiến
thức cơ bản của xung vào các mạch điện tử -số trong công nghiệp được điều khiển
bằng các xung điện.
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung.
- Vẽ và phân tích được sơ đồ mạch điện của các mạch dao động tạo xung cơ bản
- Lựa chọn, kiểm tra linh kiện và lắp ráp được các mạch tạo xung cơ bản hoạt động
theo đúng yêu cầu
- Rèn luyện tác phong làm việc nghiêm túc tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác
Nội dung chính:
1. Khái quát chung
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm về tín hiệu, xung điện, dãy xung và nêu được các

tham số đặc trưng.
1.1. Định nghĩa
1.1.1 Định nghĩa tín hiệu
Tín hiệu là sự biến đổi của các đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo
thời gian, chứa đựng một thông tin nào đó.
Tín hiệu được chia làm 2 loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) và tín hiệu
gián đoạn (tín hiệu xung). Trong đó tín hiệu hình sin được xem là tín hiệu tiêu biểu
cho loại tín hiệu liên tục ,có đường biểu diễn như hình 1-1. Ngược lại tín hiệu hình
vng được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu khơng liên tục như hình 1-2

Hình 24-01-1: Tín hiệu hình sin

Hình 24-01-2: Tín hiệu hình vng
8


9
1.1.2 Định nghĩa xung điện
Xung điện là tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn trong một khoảng thời
gian rất ngắn có thể so sánh với q trình quá độ của mạch điện.
Xung điện trong kỹ thuật được chia làm 2 loại: loại xung xuất hiện ngẫu nhiên
trong mạch điện, ngoài mong muốn, được gọi là xung nhiễu, xung nhiễu thường có
hình dạng bất kỳ (Hình 24-01-3).
(u,t
)

(u,t
)

(u,t

)
t

t

t

Hình 24-01-3: Các dạng xung nhiễu
Các dạng xung tạo ra từ các mạch điện được thiết kế thường có một số dạng
cơ bản:
(u,t)

(u,t)

t

(u,t
)

(u,t)

t

t

t

Hình 24-01-4: Các dạng xung cơ bản của các mạch điện được thiết kế
Dãy xung vuông xuất hiện trên màn hình của máy hiện sóng khi điều
chỉnh tốc độ qt chậm., chúng ta thấy chỉ có những đường vạch ngang. Khi điều

chỉnh tốc độ quét nhanh, trên màn hình của máy hiện sóng xuất hiện rõ đường vạch
tạo nên hình dạng xung với các đường dốc lên và dốc xuống.
- Cạnh xuất hiện trước xung được gọi là sườn trước của xung.
- Cạnh nằm trên đỉnh có giá trị cực đại gọi là đỉnh xung.
- Cạnh xuất hiện sau của xung để trở về trạng thái ban đầu được gọi là sườn sau của
xung.
- Cạnh nối khỏang cách từ sườn trước và sườn sau ở trục tọa độ của xung gọi là đáy
xung.
1.2 Các tham số cơ bản của xung điện và dãy xung
1.2.1. Các tham số cơ bản của xung điện
Dạng xung vng lý tưởng được trình bày trên Hình 24-01-5.
9


10
U, I

off

t
on

Hình 24-01-5: Các thơng số cơ bản của xung
a. Độ rộng xung là thời gian xuất hiện của xung trên mạch điện, thời gian này
thường được gọi là thời gian mở ton. Thời gian khơng có sự xuất hiện của xung gọi
là thời gian nghỉ t off.
b. Chu kỳ xung là khỏang thời gian giữa 2 lần xuất hiện của 2 xung liên tiếp, được
tính theo cơng thức:
T= t on + t off
(1.1)

Tần số xung được tính theo cơng thức:
f=

1
T

(1.2)

c. Độ rỗng và hệ số đầy của xung:
- Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ và độ rộng xung, được tính theo cơng thức:
Q=

T
Ton

(1.3)

- Hệ số đầy của xung là nghịch đảo của độ rỗng, được tính theo cơng thức:
n=

Ton
T

(1.4)

Trong thực tế, người ta ít quan tâm đến tham số này, người ta chỉ quan tâm
trong khi thiết kế các bộ nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp một chiều được tạo
ra sau mạch chỉnh lưu, mạch lọc và mạch điều chỉnh sao cho mạch điện cấp đủ
dịng, đủ cơng suất, cung cấp cho tải.
d. Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau:

Trong thực tế, các xung vng, xung chữ nhật khơng có cấu trúc một cách lí
tưởng. Khi các đại lượng điện tăng hay giảm để tạo một xung, thường có thời gian
tăng trưởng (thời gian quá độ)nhất là các mạch có tổng trở vào ra nhỏ hoặc có
thành phần điện kháng nên 2 sườn trước và sau khơng thẳng đứng một cách lí
tưởng.
Do đó thời gian xung được tính theo cơng thức:
ton = tt + tđ + ts
(1.5)
Trong đó:
ton: Độ rộng xung
10


11
tt : Độ rộng sườn trước
tđ : Độ rộng đỉnh xung
ts : Độ rộng sườn sau

U,I

Đỉ nh
xung
Sườn
Trước

tt

Sườn
sau

t®

ts

t

Hình 24-01-6: Cách gọi tên các cạnh xung.
Độ rộng sườn trước t1 được tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10%
đến 90% trị số biên độ xung và độ rộng sườn sau t2 được tính từ thời điểm điện áp
xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung. Trong khi xét trạng tháI ngưng dẫn
hay bão hòa của các mạch điện điều khiển
Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp
+5V. Sườn trước xung nhịp được tính từ khi xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến
+4,5V và sườn sau xung nhịp được tính từ khi xung nhịp giảm từ mức điện áp
+4,5V xuống đến +0,5V. 10% giá trị điện áp ở đáy và đỉnh xung được dùng cho
việc chuyển chế độ phân cực của mạch điện. Do đó đối với các mạch tạo xung
nguồn cung cấp cho mạch đòi hỏi độ chính xác và tính ổn định rất cao.
e. Biên độ xung và cực tính của xung
Biên độ xung là giá trị lớn nhất của xung với mức thềm 0V (U, I) Max (Hình
24-01-7)
Hình dưới đây mơ tả dạng xung khi tăng thời gian quét của máy hiện sóng.
Lúc đó ta chỉ thấy các vach nằm song song (Hình 24-01-7b) và khơng thấy được
các vạch hình thành các sườn trước và sườn sau xung nhịp. Khi giảm thời gian quét
ta có thể thấy rõ dạng xung với sườn trước và sườn sau xung (Hình 24-01-7c)

11


12

Hình 24-01-7: Xung vng trên màn hình máy hiện sóng
a)Xung vng lý tưởng
b) Các vạch trên máy hiện sóng c) Dãn rộng vạch trên máy hiện sóng
U, I

t

Hình 24-01-8: Giá trị đỉnh xung
Cực tính của xung là giá trị của xung so với điện áp thềm phân cực của
xung.Hình 24-01-8:
U,I

U,I
t
t

xung dương

xung âm

Hình 24-01-9: Các dạng xung dương và xung âm
Trong thực tế xung điện là nền tảng của kỹ thuật điều khiển. Ví dụ Mạch đóng
mở cửa tự động: Khi có người đi vào hoặc ra qua hệ thống cảm biến nhận dạng tạo
ra một xung tác động vào mạch điều khiển đóng mạch rơ le điều khiển động cơ mở
cửa.
1.2.2. Chuỗi xung
12


13

Trong kỹ thuật, để điều khiển, mạch điện thường không dùng một xung
để điều khiển, mà dùng nhiều xung trong một khỏang thời gian nhất định, gọi là
chuỗi xung hay một dãy xung. (Hình 24-01-10)
Trong một chuỗi xung, các xung có hình dạng giống nhau và biên độ bằng nhau.
Nếu chuỗi xung được tạo ra liên tục trong quá trình làm việc thì gọi là chuỗi
xung liên tục.
Nếu chuỗi xung được tạo ra trong từng khỏang thời gian nhất định gọi là
chuỗi xung gián đọan. Đối với chuỗi xung gián đọan, ngồi các thơng số cơ bản
của xung cịn có thêm các thông số:
- Số lượng xung trong chuỗi,
- Độ rộng chuỗi xung,
- Tần số chuỗi xung.
U,
I

U,
I

t

t

a)

b)

Hình 24-01-10: Chuỗi xung liên tục (a) và chuỗi xung gián đoạn (b)
1.3. Phân loại xung
- Xung vng:
U,

I
t

- Xung tam giác:

- Xung hình thang:

13


14
- Xung răng cưa

- Xung kim:

2. Mạch dao dộng tạo xung dùng transistor
2.1. Sơ đồ mạch điện căn bản :
Mạch dao động đa hài hai trạng thái không ổn định còn gọi là mạch đa hài tự
dao động. Mạch điện như hình 15.1.a

Transistor T1 và T2 làm việc ở chế độ khóa điện tử đóng ngắt mạch với tốc độ
nhanh 10-10-10-6s, do vậy điện áp đầu ra có hai trạng thái khác biệt.
Lưu ý: Cần nâng cao tính tác động nhanh của khóa và ngăn ngừa hiện tượng bão
hịa sâu của transistor
Nhận xét: Kết cấu mạch đối xứng gồm hai transistor T1 và T2 giống hệt nhau, T1T2
cùng mắc CE và có hai vịng hồi tiếp dương qua hai bộ lọc tần số cao R 1C1 và
R2C2. Cực góp(cực C) của transistor này nối với cực gốc (cực B) transistor kia
thông qua tụ C1 và C2.
RC1, RC2: Cung cấp điện áp một chiều cho cực C;đồng thời là tải của T1, T2
tương ứng.

RB1, RB2: Điện trở định thiên kiểu dòng IB cho T1, T2.
C1, C2: Các tụ thực hiện quá trình phóng hoặc nạp.
T1, T2: Hai khóa điện tử sử dụng transistor mắc E chung.

14


15
2.2. Nguyên lý làm việc.
Giả sử ban đầu, T1 dẫn, T2 tắt, mạch ở hình 15.1.a trở thành như hình 15.1.b 
VO1  0V , VO 2  Vcc . Lúc này, tụ C 2 nạp năng lượng từ nguồn qua RC 2 và mối nối
BE của T1, điện áp trên tụ có chiều như hình 15.1.b, ngồi dịng nạp qua tụ dòng
I B1 còn được cung cấp từ nguồn qua RB1 . Đồng thời, tụ C1 được nạp qua RB 2 và có
chiều như hình 15.1.b.  điện áp trên tụ C1 , VC1 (điện áp trên tụ C1 ) tăng dần. Mà
VBE 2  VC1  VBE 2 cũng tăng dần. Tới một lúc nào đó, VBE 2 đủ lớn làm T2 dẫn. 
tụ C 2 đặt điện áp âm vào mối nối BE của Q1.  VBE1  0 làm T1 tắt.
Khi mạch ở trạng T1 tắt, T2 dẫn, mạch ở hình 15.1.a trở thành như hình 15.1.c:
 VO1  Vcc , VO 2  0V . Lúc này, tụ C1 xả năng
lượng qua mối nối BE của T2. Sau đó, nạp năng
lượng từ nguồn qua RC 1 và mối nối BE của T2, điện
áp trên tụ đảo chiều và tăng dần xem hình 15.1.c,
ngồi dịng nạp qua tụ dòng I B 2 còn được cung cấp
từ nguồn qua RB 2 . Do đó, T2 vẫn được duy trì ở
trạng thái dẫn cho dù tụ C1 đã nạp đầy. Đồng thời, tụ
C 2 được nạp qua RB1 và T2 sau khi đã xả hết xem
hình 15.1.c.  điện áp trên tụ C 2 , VC 2 (điện áp trên
tụ C 2 ) tăng dần.
Mà VBE1  VC 2  VBE1 cũng tăng dần. Tới một lúc nào đó, VBE1 đủ lớn làm T1 dẫn.
 tụ C1 đặt điện áp âm vào mối nối BE của T2.  VBE 2  0 làm T2 tắt.
Ta thấy, ban đầu, T1 dẫn, T2 tắt, sau một thời gian mạch tự động đổi qua trạng thái

T1 tắt, T2 dẫn. Khi T1 tắt, T2 dẫn sau một thời gian mạch lại tự đổi qua trạng thái T1
dẫn, T2 tắt và cứ lặp đi lặp lại. Do đó, khơng có trạng thái ổn định. Vì vậy, mạch
được gọi là mạch dao động bất ổn hay mạch dao động phi ổn.
Từ hình 15.2 ta thấy, Tx1 chính là thời gian tụ C 2 xả và nạp qua RB1 , Tx 2
chính là thời gian tụ C1 xả và nạp qua RB 2 . Tương tự như mạch dao động đơn ổn ta
có cơng thức:
Tx1  0.693 RB1C2
Tx 2  0.693 RB 2C1
Tx1 , Tx 2 có đơn vị là s. Tụ C1 , C 2 có đơn vị là F. RB1 , RB 2 có đơn vị là Ω.
Chu kỳ của điện áp ra: T  Tx1  Tx 2  0,693( RB1C2  RB 2C1 )
Tần số của điện áp ra:

f 

1
1

T 0, 693( RB1C2  RB 2C1 )

Nếu chọn đối xứng: C1= C1 =C RB1= RB2= R.Ta nhận được mạch đa hài đối xứng.
Dãy xung vng ở hai đầu ra có tần số:
15


16
f 

1
1,38RC

Trong trường hợp( Tx1 ≠ Tx 2 ) ta có đa hài khơng đối xứng.
Chú ý:
- Để tạo ra các xung có f hạn chế,với f < 100Hz, các tụ C 1,C2 phải có điện
dung lớn.
- Khi f > 10kHz phải chú ý đến tần số cắt của Transistor.
- Biên độ xung ra được xác định gần đúng bằng giá trị nguồn VCC cung cấp
khi không tải.
- Để khắc phục hạn chế về tần số, người ta đưa ra các sơ đồ mạch đa hài
dùng IC tuyến tính
2.3

Mạch tạo xung có điều chỉnh tần số
Tần số và chu kỳ của chuỗi xung phụ thược vào các thông số R, C trong
mạch, để có thể điều chỉnh tần số, chu kỳ của chuỗi xung ta có thể thay đổi C
hoặc R. Trong trường hợp đơn giản nhất ta thường sử dụng phương pháp
thay đổi R , Khi đó ta sử dụng thêm biến trở trong mạch định thiên cho các
đèn BJT. Sơ đồ mạch điện cụ thể như sau:
Vcc
R1

Rt

Rt
VR
C

R

R

C

GN
D

Với sơ đồ trên tần số của chuỗi xung vuông được xác định như sau:
f = 1/1,4(R1+VR+R)C (Hz)
2.4. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch tạo xung dùng BJT
16


17
A, Dụng cụ, thiết bị thực hành:
- Mô đun thực hành điện tử số
- Đồng hồ vạn năng
- Bo cắm đa năng
- Dây kết nối
B, Các bước thực hiện
B1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện:
R=100KΩ
Rt = 1KΩ
C=10µF
Q: C945,C828, C1815( Chọn 2 BJT giống nhau)
B2: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý:
Vcc = 5V
Ra

Led

B3: Kiểm tra tính đúng đắn của mạch điện kết nối

B4: Bật công tắc nguồn, quan sát trạng thái làm việc của đèn led, tính chu kỳ, tần
số của chuỗi xung đầu ra và rút ra kết luận
B5: Thay đổi các thông số của các phần tử trong mạch như R, C, Xác định chu kỳ,
tần số của chuỗi xung sau khi thay đổi và rút ra kết luận
3. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
IC 555 trong thực tế còn gọi là IC định thời. Họ IC được ứng dụng rất rộng
rãi, nhất là trong lĩnh vực điều khiển, vì nó có thể thực hịên nhiều chức năng như
định thời, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích thích điều khiển các linh kiện bán dẫn
công suất.
Họ IC 555 được ký hiệu dưới nhiều dạng ký hiệu khác nhau: MN555, LM555,
C555, NE555, HA17555, A555...
3.1. Sơ đồ căn bản:
17


18
+V
R1

Ra

555
1 Gnd Vcc 8
2 Trg Dis 7
3 Out Thr 6
4 Rst Ctl 5

R2

.IC

ngo ra
+

+
C2

C1

Hình 24-01-2a: Sơ đồ mạch điện cơ bản

Chân 2 được nối với chân 6 để cho chân ngõ vào và chân giữ mức thềm (mức
ngưỡng) có chung điện áp phân cực.
Chân 5 được nối với tụ C2 xuống GND để lọc nhiễu tần số cao. Vì vậy,
tụ này thường có trị số khơng lớn lắm, được chọn vào khoảng từ 1 đến 0,001F.
Chân 4 nối nguồn Vcc vì khơng dùng chức năng Reset
Chân 7 là chân xả điện, nên được nối giữa 2 điện trở R 1 và R2 làm đường nạp và xả
điện cho tụ C1.
3.2. Nguyên lí hoạt động của mạch
Khi được cấp nguồn Vcc, tụ C1 được nạp điện qua R1, R2 với hằng số thời
gian nạp:
tn = 0,69 (R1 + R2)C1
(2.6)

18


19
Đồng thời R1, R2 làm nhiệm vụ phân cực bên trong IC, lúc này mạch sẽ tự dao
động.

Hằng số thời gian xả là:
tp = 0,69R2C1
(2.7)
Điện áp ngõ ra ở chân 3 có dạng hình vng với chu kỳ là:
T = 0,69 (R1 + 2R2)C1
(2.8)
Do thời gian nạp vào và thời gian xả ra không bằng nhau (tnạp > txả) nên tần số
của tín hiệu xung là:
f=

1
1
=
0,69 (R1  2R 2 )C1
T

(2.9)

Dạng xung ngõ ra ở chân 3 có dạng:
Vcc

t

3.3. Sơ đồ mạch tạo xung có điều chỉnh tần số:
Để tạo ra chuỗi xung đối xứng và có thể điều chỉnh được tần số ta sử dụng sơ
đồ như sau:
Vcc
R

VR

7

4

8

VR

D

IC 555

R

3

6

Ra

D
2
C

1

19


20

Với sơ đồ mạch điện trên ta thấy mạch nạp và mạch phóng của tụ điện có điện
trở hồn tồn như nhau vì vậy ta có xung đầu ra là đối xứng. Tần số của chuồi xung
đầu ra được xác định như sau:
f = 1/1,4(R+VR)C ( Bỏ qua điện trở của điốt)
Khi điều chỉnh biến trở VR thì tần số của chuỗi xung sẽ thay đổi.
2.4. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch tạo xung.
A, Dụng cụ, thiết bị thực hành:
- Mô đun thực hành điện tử số
- Đồng hồ vạn năng
- Bo cắm đa năng
- Dây kết nối
B, Các bước thực hiện
B1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện:
R1= 10KΩ
R2 =100KΩ
C=10µF
B2: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý:
Vcc = 5V
Ra

Led

B3: Kiểm tra tính đúng đắn của mạch điện kết nối
B4: Bật công tắc nguồn, quan sát trạng thái làm việc của đèn led, tính chu kỳ, tần
số của chuỗi xung đầu ra và rút ra kết luận
B5: Thay đổi các thông số của các phần tử trong mạch như R, C, Xác định chu kỳ,
tần số của chuỗi xung sau khi thay đổi và rút ra kết luận
4. Mạch dao động tạo xung dùng vi mạch thuật toán
4.1. Sơ đồ mạch điện căn bản.
Mạch điện này chính là mạch dao động tích thốt dùng Op-amp để cho ra tín hiệu

xung vng.
20


21

Hình 15. 1 Mạch dao động tích thốt
Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào.
Cầu phân áp RC hồi tiếp về ngõ vào đảo.
Cầu phân áp R1và R2 hồi tiếp về ngõ vào không đảo. R1 và R2 tạo ngưỡng so sánh
điện áp, còn RC tạo nạp phóng.
4.2. Nguyên lý làm việc.
Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào. Cầu phân áp RC hồi tiếp
về ngõ In-, cầu phân áp R1 – R2 hồi tiếp về ngõ In+.
Để giải thích nguyên lý mạch ta giả sử tụ C chưa nạp điện và Op-amp đang ở trạng
thái bão hòa dương. Lúc này, cầu phân áp R1 – R2 đưa điện áp dương về ngõ In+
với mức điện áp là: V0 = +VCC
Vin   VCC .

R2
 VA ( Vin > 0V)
R1  R 2

Trong khi đó, ở ngõ In- có điện áp tăng dần lên từ 0V, điện áp tăng do tụ C
nạp qua R theo quy luật hàm số mũ với hằng số thời gian là  = RC
Khi tụ C nạp có Vin < Vin thì Op-amp vẫn ở trạng thái bão hòa dương. Khi tụ C nạp
đến mức điện áp Vin > Vin thì OP-AMP đổi thành trạng thái bão hịa âm, ngõ ra có
V0 = -VCC. Lúc này cầu phân áp R1 – R2 đưa điện áp âm về ngõ In+ với mức điện
áp là:
Vin  VCC .

R2
 VB ( Vin < 0V )
R1  R 2

Trong khi đó ở ngõ In- vẫn cịn đang ở mức điện áp dương với trị số:
Vin   VCC .

R2
do tụ C đang còn nạp điện.
R1  R 2

Như vậy Op-amp sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa âm nhanh cho cạnh
xung vuông thẳng đứng. Tụ C bây giờ sẽ xả điện áp dương đang nạp trên tụ qua R 1
và tải ở ngõ ra xuống mass. Khi tụ C xả điện áp dương đang có thì Vin vẫn ở mức
điện áp âm nên Op-amp vẫn ở trạng thái bão hòa âm. Khi tụ C xả hết điện áp
dương sẽ nạp điện qua R để có điện áp âm đang có do ngõ ra đang ở trạng thái bão
hòa âm chiều nạp bây giờ ngược với chiều dòng điện nạp trên hình vẽ.
21


22
Khi tụ C nạp điện áp âm đến mức Vin < Vin (ngõ In- nhỏ hơn ngõ In+) thì Op-amp
lại đổi thành trạng thái bão hòa dương về ngõ ra có V0 = +VCC.
Mạch đã trở lại trạng thái giả thiết ban đầu và hiện tượng trên cứ tiếp diễn liên tục
tuần hồn.

Hình 15. 2 Dạng sóng ở các chân.
Mức giới hạn điện áp ngõ ra là:
V0max  +VCC

V0min  -VCC
Mức giới hạn điện áp ở hai ngõ vào là:
R2
R1  R 2
R2
VB  VCC .
R1  R 2

VA   VCC .

Dạng điện ở ngõ vào In- là dạng tam giác. Thời gian điện áp ở ngõ vào In tăng từ VB lên VA là Op-amp ở trạng thái bão hòa dương, Thời gian điện áp ở ngõ
vào In- giảm từ VA xuống VB là Op_amp ở trạng thái bão hòa dương. Dạng điện áp
ở ngõ In+ và ngõ ra là trạng thái xung vuông đối xứng. Chu kỳ của tín hiệu được
tính theo cơng thức.
T  2R.CLn

R 1  2R 2
R1

Suy ra tần số của tín hiệu xung được tính theo cơng thức
1
f
T
Trường hợp đặc biệt:
 R1 = 2R2

 T = 2.R.CLn2 =2.R.C.0,69
22

23
f=

1
1

2.0,69.R.C 1,4.R.C

 T = 2.R.CLn3 =2.R.C.1,1

 R1 = R2

1
2,2.R.C
4.3. Sơ đồ mạch điện có điều chỉnh tần số

 f
R

VR

Ra
+
R1
C
R2

Khi điều chỉnh biến trở R điện trở mạch phóng nạp sẽ thay đổi từ đó tần số của
xung sẽ thay đổi theo biểu thức như sau:
T = 2(R+VR)Ln (R1+2R2/R1)

f = 1/T = 1/2(R+VR)Ln(R1+2R2/R1)
4.4. Thực hành lắp ráp, khảo sát mạch điện.
A, Dụng cụ, thiết bị thực hành:
- Mô đun thực hành điện tử số
- Đồng hồ vạn năng
- Bo cắm đa năng
- Dây kết nối
B, Các bước thực hiện
B1: Lựa chọn, kiểm tra linh kiện:
23


24
R1= 10KΩ
R2 =10KΩ
R = 100KΩ
C=10µF
IC LM324
B2: Lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý:
Vcc = 5V
Ra

Led

B3: Kiểm tra tính đúng đắn của mạch điện kết nối
B4: Bật công tắc nguồn, quan sát trạng thái làm việc của đèn led, tính chu kỳ, tần
số của chuỗi xung đầu ra và rút ra kết luận
B5: Thay đổi các thông số của các phần tử trong mạch như R, C, Xác định chu kỳ,
tần số của chuỗi xung sau khi thay đổi và rút ra kết luận
CÂU HỎI THẢO LUẬN VÀ BÀI TẬP

a) Hãy vẽ mạch điện và phân tích q trình tạo xung ở đầu ra của mạch dao
động đa hài.
b) Nêu điều kiện thực hiện dao động đa hài.
c) Chứng minh cơng thức tính tần số mạch dao động đa hài tự dao động.Tần số
ra của mạch dao động đa hài phụ thuộc vào những tham số nào của mạch điện ?.
d) Phân tích ưu điểm của mạch dao động đa hài sử dụng IC so với mạch dao
động đa hài sử dụng Transistor.
e) Hãy nêu những ứng dụng của mạch dao động đa hài trong thực tế.
f) Thiết kế mạch đa hài phi ổn dùng Transistor có tần số dao động 1Hz, 1kHz.
g) Cho mạch phi ổn như hình 15.5. Hãy

24


25

Hình 15. 3
-

Vẽ dạng xung ra của mạch.

-

Tính chu kỳ và tần số dao động của mạch.

h) Tính tần số dao động của mạch dao động tích thốt với các thông số như sau:
R =1,2KΩ ; C =100nF; R1 =18KΩ; R2 = 10KΩ
i) Thiết kế một mạch dao động tích thốt dùng Op-amp có tần số f = 100H Z ,
biên độ nguồn cung cấp ±VCC = ± 5V, R1 = R2 = 10KΩ

- Tìm thời hằng τ = RC
- Nếu cho C = 1μF và tìm R = ?

25