Giáo trình TT Kỹ thuật xung số (Nghề Điện tử công nghiệp CĐTC)

UỶ BAN NHÂN DÂN TỈNH ĐỒNG THÁP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ ĐỒNG THÁP

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC/MƠ ĐUN: TT KỸ THUẬT XUNG – SỐ
NGÀNH, NGHỀ: ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG, TRUNG CẤP
(Ban hành kèm theo Quyết định Số: /QĐ-TCĐNĐT ngày 13 tháng 7 năm 2017
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Nghề Đồng Tháp)

Đồng Tháp, năm 2020


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Việc tổ chức biên soạn giáo trình Kỹ thuật xung- số để phục vụ cho đào tạo
chuyên ngành Điện của trường Cao Đẳng Cộng Đồng Đồng Tháp là một sự cố gắng rất
lớn của nhà trường. Nội dung của giáo trình đã được xây dựng trên cơ sở thừa kế những
nội dung đang giảng dạy ở nhà trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng
yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ cho đội ngũ giáo viên và học sinh – sinh
viên trong nhà trường.
Giáo trình được biên soạn ngắn gọn đề cập những nội dung cơ bản theo tính chất
của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và khơng trái với
quy định của chương trình khung đào tạo của Tổng Cục Dạy Nghề đã ban hành


LỜI GIỚI THIỆU
Kỹ thuật xung - số là môn học chun nghành cơ sở có vị trí khá quan trọng
trong tồn bộ chương trình học của sinh viên và học sinh, nhằm cung cấp các
kiến thức liên quan đến các phương pháp cơ bản để tạo tín hiệu xung và biến đổi
dạng tín hiệu xung, các phương pháp tính tốn trong việc biến đổi, hình thành
các dạng xung mong muốn… Ngồi ra tài liệu cịn cung cấp kiến thức về các hệ

thống số được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực thực tế đời sống và cách
biến đổi qua lại một cách đơn giản nhất Nội dung giáo trình được biên soạn
ngắn gọn, dễ hiểu, tích hợp kiến thức và kỹ năng chặt chẽ với nhau, logíc. Nội
dung giáo trình được biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 45 giờ gồm có:
Phần 1: Kỹ thuật xung
Bài 1: Các khái niệm cơ bản
Bài 2: Mạch dao động đa hài
Phần 2: Kỹ thuật số
Bài 3: Đại cương
Bài 4: FLIP – FLOP
Bài 5: Mạch đếm và thanh ghi
Bài 6: Mạch logic MSI:

Cao Lãnh, ngày 10 tháng 10 năm 2020

Chủ biên: Trần Thế Thông


MỤC LỤC


TRANG
Phần 1: Kỹ thuật xung
Bài 1: Các khái niệm cơ bản ……………………………………………. 3
1. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung........................ 3
2. Tác dụng của R-C đối với các xung cơ bản............................... 8
Bài 2: Mạch dao động đa hài……………………………………………. 12
1. Mạch dao động đa hài không ổn dùng transistor...........................12
2. Mạch đa hài không ổn dùng IC 555……………………………….14
Phần 2: Kỹ thuật số

Bài 3: Đại cương……………………………………………………………22
1. Tổng quan về mạch tương tự và mạch số…………………………..22
2. Hệ thống số và mã số........................................................................23
3. Các cổng logic cơ bản ……………………………………………..36
4. Biểu thức logic và mạch điện………………………………………43
5. Đại số bool…………………………………………………………44
6. Đơn giản biểu thức logic…………………………………………...45
Bài 4: FLIP – FLOP………………………………………………………..54
1. Flip - Flop T………………………………………………………... 54
2. Flip - Flop D………………………………………………………...55
3. Flip - Flop JK………………………………………………………. 56
4. Flip - Flop RS……………………………………………………….56
5. Flip - Flop với ngõ vào Preset và Clear …………………………… 57
6.Tính tốn, lắp ráp một số mạch ứng dụng cơ bản…………………… 58
Bài 5: Mạch đếm và thanh………………………………………………...60
1. Mạch đếm……………………………………………………………60
2. Thanh ghi…………………………………………………………….71
Bài 6 Mạch logic MSI:……………………………………………………..85
1. Mạch mã hóa………………………………………………………... 85
2. Mạch giải mã...........................................................................................88
3. Mạch dồn, phân kênh …………………………………………………...95
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………105

1


GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/ MƠ ĐUN
TÊN MƠ ĐUN: KỸ THUẬT XUNG- SỐ
Mã mơ đun: MĐ31
I. VỊ TRÍ TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC:

- Vị trí: mơ đun này bố trí dạy sau môn học, mô đun: mạch điện, điện tử cơ
bản,
- Tính chất: Là Modul kỹ thuật cơ sở, thuộc các mơn học đào tạo nghề tự
chọn.
II. MỤC TIÊU MƠN HỌC:
Sau khi học xong mơ đun này học viên có năng lực
* Về kiến thức:
- Phát biểu được các khái niệm cơ bản về xung điện, các thông số cơ
bản của xung điện, ý nghĩa của xung điện trong kỹ thuật điện tử.
- Trình bày được cấu tạo các mạch dao động tạo xung và mạch xử lí
dạng xung.
- Phát biểu khái niệm về kỹ thuật số, các cổng logic cơ bản. Kí hiệu,
nguyên lí hoạt động, bảng sự thật của các cổng lơgic.
- Trình bày được cấu tao, ngun lý các mạch số thơng dụng như:
Mạch đếm, mạch đóng ngắt, mạch chuyển đổi, mạch ghi dịch, mạch điều
khiển.
* Về kỹ năng:
- Lắp ráp, cân chỉnh, tìm lỗi, kiểm tra được các mạch tạo xung và xử lí
dạng xung.
- Lắp ráp, cân chỉnh, tìm lỗi, kiểm tra được các mạch số cơ bản trên
panel và trong thực tế.
* Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị, dụng cụ và vật tư.
- Rèn luyện thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, chính xác trong học tập và
trong thực hiện công việc.
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian :
Thời gian (giờ)

Số
TT

Tên các bài trong mơ đun

Phần 1: Kỹ thuật xung

Thực
hành,
Kiểm
thí
tra
Tổng
Lý
nghiệm, thường
số
thuyết
thảo
xun,
luận, bài định kỳ)
tập
12
2


Bài 1: Các khái niệm cơ bản
1. Định nghĩa xung điện, các
tham số và dãy xung.
2. Tác dụng của R-C đối với các
xung cơ bản.
2 Bài 2: Mạch dao động đa
1. Mạch dao động đa hài không ổn

dùng transistor
2. Mạch đa hài không ổn dùng IC
555
Phần 2: Kỹ thuật số
3
Bài 3: Đại cương
1. Tổng quan về mạch tương tự và
mạch số
2. Hệ thống số và mã số
3. Các cổng logic cơ bản
4. Biểu thức logic và mạch điện
5. Đại số bool.
6. Đơn giản biểu thức logic
4 Bài 4: FLIP – FLOP
1. Flip - Flop T
2. Flip - Flop D
3. Flip - Flop JK
4. Flip - Flop RS
5. Flip - Flop với ngõ vào Preset
và Clear
6.Tính tốn, lắp ráp một số mạch
ứng dụng cơ bản
Kiểm tra
5 Bài 5: Mạch đếm và thanh ghi
1. Mạch đếm.
2. Thanh ghi
6 Bài 6 Mạch logic MSI:
1. Mạch mã hóa.
2. Mạch giải mã
3. Mạch dồn, phân kênh

Thi kết thúc mô đun
Cộng
1

4

4

8

2

6

33
4

3

1

8

2

6

4
8

2

6

5

2

3

15

4
26

4
45

4

4

3


Phần 1: Kỹ thuật xung
BÀI 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
MÃ BÀI: MĐ31-1
GIỚI THIỆU:
Giới thiệu về các dạng xung, công thức tính tốn chu kỳ và tần số xung

A – MỤC TIÊU :
Sau khi học xong bài này người học có khả năng:
1. Kiến thức:
- Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung
- Giải thích được sự tác động của các linh kiện thụ động đến dạng xung
2. Kỹ năng:
- Lắp được các mạch tạo xung cơ bản.
- Kiểm tra được sự hoạt động của mạch hoặc các linh kiện bị hỏng.
3. Thái độ:
- R n luyện tính th m mỹ, chuyên cần, sáng tạo và làm việc theo quy trình.
- Đảm bảo an tồn cho người và thiết bị.
- ây dựng tác phong công nghiệp.
B- Thiết bị , dụng cụ , vật tư thực hành:
- Các linh kiện điện tử.
- Bộ thực tập kỹ thuật xung – số
- Máy hiện sóng, đồng hồ VOM
- Mỏ hàn, chì hàn , dây nối mạch
C- Nội dung thực hành :
I . Kiến thức liên quan :
1. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung:
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
v
v
+Vp

VH
VL
t
t
-Vp
Hình 1-1: Tín hiệu hình sin

Hình 1-2: Tín hiệu hình vng
4


Ngồi ra tín hiệu xung khơng chỉ có loại tín hiệu hình vng mà cịn có các
dạng xung khác như: xung tam giác, xung răng cưa, xung nhọn, xung nấc
thang,...
v

v

t
v

t

(a)

(b)

v

t

t
(c)
(d)
Hình 1.3 Các dạng tín hiệu xung (a) ung tam giác, (b) ung nhọn,
(c) ung răng cưa, (d) ung nấc thang
1.1. Định nghĩa:
ung 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 q độ của mạch điện.
ung 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 1.4).
v
v
v

t

t
Hình 1.4: Các dạng xung nhiễu

t

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 1.5.
Đỉnh xung Suờn sau
Đáy xung

v

Suờn trước
ton

toff

t

T

Hình 1.5: Các thơng số cơ bản của xung
- Cạnh xuất hiện trước xung được gọi là sườn trước của xung.
5


- 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.
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 – tần số xung:
- 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: là số lần xung xuất hiện trong một đơn vị thời gian, được
tính theo công 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
t on

(1.3)
- Hệ số đầy của xung là nghịch đảo của độ rỗng, được tính theo cơng thức:
n=

t on
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 vuông, xung chữ nhật không có cấu trúc một cách
lý 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 không thẳng đứng một cách

lý tưởng.
Do đó thời gian xung được tính theo cơng thức:
ton = tt + tđ + ts
(1.5)
Trong đó:
ton: Độ rộng xung ; tt : Độ rộng sườn trước
tđ : Độ rộng đỉnh xung ; ts : Độ rộng sườn sau
6


v

Đỉnh
xung

Vm
0,9Vm
Sườn
trước

Sườn

0,1Vm
tt

tđ

ts

t

ton
Hình 1.6 Dạng xung thực tế
Độ rộng sườn trước tt được tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10%
đến 90% trị số biên độ xung và độ rộng sườn sau t s được tính từ thời điểm điện
áp xung giảm từ 90% đến 10% trị số biên độ xung.
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 (Vm) là giá trị lớn nhất của xung với mức thềm 0V (Hình
1.7). 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 1.7b) 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 1.7c)
+5V

+5V

0V

0V
t

(a) Dạng xung lý tưởng
+ 5V
0V

t

(b) Các vạch trên máy hiện sóng

4,5V
0,5V
tt

ts

(c)
t
Hình 1.7: Xung vng trên màn hình máy hiện sóng (a) ung vng lý tưởng ,
(b) ung vuông khi tăng thời gian quét, (c) ung vuông khi giảm thời thời gian
quét
7


Giá trị đỉnh của xung là giá trị được tính từ 2 đỉnh xung liền kề nhau (Hình 1.8)
v
t

Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung
Cực tính của xung là giá trị của xung so với điện áp thềm phân cực của xung.
Hình1.9:
v
v

t

ung dương

t
Xung âm

Hình 1.9: Các dạng xung dương và xung âm
Trong thực tế xung điện là nền tảng của kỹ thuật điều khiển. Các thiết bị
điều khiển đầu tiên ra đời điều khiển các mạch điện có chức năng đơn giản
thường chỉ cần điều khiển bằng một xung. 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. y xung chu i xung):
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. (Hình1.10)
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.

8


v

v
…
t

t

(a)
(b)
Hình 1.10: (a) Chuỗi xung liên tục, (b) chuỗi xung gián đoạn
2. Tác dụng của R - C đối với các xung cơ bản:
2.1. Tác dụng của R - C đối với các xung cơ bản:
2.1.1 Mạch tích phân Integrator): Là mạch mà tín hiệu ngõ ra tích phân
theo thời gian của điện áp tín hiệu ngõ vào. Hình1.11:
V0(t) = KVi(t)dt
V0: điện áp ngõ ra
Vi: điện áp ngõ vào
K: hệ số tỉ lệ K < 1.
Vi

V0

Hình 1.11: Mạch tích phân
Mạch tích phân như hình 1.11 chính là mạch lọc thơng thấp dùng R,C. Tần
số cắt của mạch lọc là:
fc 

1
2RC

a. Đối với xung vuông:
Nếu gọi  R.C là hằng số thời gian nạp, xả tụ thì. Có 3 trường hợp xảy
ra như sau:
- Khi  << Ti thời gian tụ nạp, xả rất nhanh nên dạng sóng ngõ ra gần
giống dạng tín hiệu ngõ vào.
- Khi  =

Ti
sườn trước của xung là thời gian nạp điện của tụ, sườn sau
5

là thời gian tụ xả điện qua R về nguồn tín hiệu. Quá trình nạp xả theo hàm số mũ
nên sườn trước và sườn sau có dạng cong. Điện áp tín hiệu ngõ ra thấp hơn điện
áp tín hiệu ngõ vào.
Khi  >> Ti thời gian nạp vào và xả ra của tụ rất chậm nên biên độ xung
ra Vo rất thấp đường cong nạp xả điện gần như tuyến tính (đường thẳng). (Hình
1.12)
9


Vi
t

Ti
Vo
Vp

t

Khi  << Ti

Vo
Vp

t

Khi  = Ti/5

Vo
Vp

t

Khi  >> Ti

Hình 1.12: Các dạng xung với các trị số  khác nhau của mạch tích phân
Như vậy: Nếu chọn R, C thích hợp thì Mạch tính phân có thể tạo ra xung
răng cưa từ xung vng. Trường hợp tín hiệu ngõ vào là một chuỗi xung hình
chữ nhật với thời gian ton > toff . Khi cho tụ nạp điện và xả điện chưa hết thì lại
được nạp điện làm cho điện áp trên tụ tăng dần.
Vo
Vp
t
Vo
Vp
t
Hình 1.13 Chuỗi xung vng vào

b. Đối với xung nhọn:
Người ta có thể xem xung nhọn như xung chữ nhật khi có cực tính hẹp

và do đó, khi qua mạch tích phân, thì biên độ xung giảm xuống rất thấp và
10


đường cong xả điện gần như không đáng kể, nên trong kỹ thuật, mạch điện này
được dùng để lọai bỏ xung nhiễu ở nguồn.
Vi

Vi
t

t

t
Hình 1.14 Dạng sóng ngõ ra của mạch tích phân khi ngõ vào là các xung nhọn

t

2.1.2. Mạch vi phân ifferentiator):
Mạch vi phân là mạch có điện áp ngõ ra Vo(t) tỷ lệ với vi phân của điện áp
ngõ vào Vi(t) theo thời gian:
Vo(t) = K

dVi (t )
dt

Kỹ thuật mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung, tạo các xung nhọn để
kích mở các linh kiện điều khiển như SCR, Triac, ...
Mạch điện mô tả mạch điện và dạng xung:
Vi

t
Vo

Ti

V0

Vi

t
Vo

Khi  << Ti
t

a)

Vo

Khi  = Ti/5
b)
t
Khi  >> Ti

Hình 1.15: a) Sơ đồ nguyên lý mạch vi phân b) Các dạng xung Vi và Vo
Mạch tích phân như hình 1.15 chính là mạch lọc thông cao dùng R,C. Tần
số cắt của mạch lọc là:
11

fc 

1
2RC

a. Đối với xung vuông:
Với chu kỳ Ti hằng số thời gian  R.C có 3 trường hợp xảy ra:
-  << Ti tụ sẽ nạp và xả điện rất nhanh cho ra 2 xung ngược dấu có độ
rộng hẹp gọi là xung nhọn.
-=

Ti
tụ nạp điện theo hàm số mũ (đường đỉnh cong) qua điện trở R
5

khi điện áp ngõ vào băng 0V tụ xả điện âm qua trở R tạo ra xung ngược dấu có
biên độ giảm dần.
-  >> Ti: Tụ C đóng vai trị như một tụ liên lạc tín hiệu, trong đó R làm
tải của tín hiệu nên đỉnh xung ở phần sau có giảm một ít và cho ra 2 xung có cực
tính trái dấu nhau.
b. Đối với xung nhọn: do thời gian  >>Ti nên mạch đóng vai trị như một
mạch liên lạc tín hiệu. Có tín hiệu ngõ ra Vo thấp hơn Vi.
2.2. Tác dụng của mạch R - L đối với các xung cơ bản:
2.2.1. Mạch tích phân: tương tự như mạch tích phân dùng RC ta có điện áp
ra Vo tỉ lệ với tích phân điện áp ngõ vào Vi
V0(t) = KVi(t)dt
Vi

L

Vo
R

Hình 1.16: Mạch tích phân dùng R - L
K=

R
R
. Ta có V0(t) =
L
L

2.2.2. Mạch vi phân:
Mạch điện được trình bày trên Hình 1.17
dVi (t )
dt
R
Vi

V0(t) = K

Vo

L

BÀI 2: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
MÃ BÀI: MĐ31-2
12

GIỚI THIỆU:
Giới thiệu về mạch tạo dao động, công thức tính tốn chu kỳ và tần số
và lắp các mạch tạo dao động.
A – Mục tiêu :
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động các mạch dao động đa
hài
- Nêu được các ứng dụng của mạch đa hài trong kỹ thuật
- Lắp ráp, cân chỉnh, kiểm tra được các mạch dao động đa hài đúng yêu
cầu kỹ thuật.
m:
- Đảm bảo an toàn cho người, thiết bị, dụng cụ và vật tư.
- R n luyện tính chủ động, sáng tạo, tư duy, tỷ mỉ, chính xác và tác
phong cơng nghiệp
B- Thiết bị , dụng cụ , vật tư thực hành:
- Các linh kiện điện tử.
- Bộ thực tập kỹ thuật xung – số
- Máy hiện sóng, đồng hồ VOM
- Mỏ hàn, chì hàn , dây nối mạch
C- Nội dung thực hành :
I . Kiến thức liên quan :
1 Mạch dao động đa hài không ổn hi ổn, b t ổn d ng transistor:
1.1 Định nghĩa: Mạch dao động đa hài khơng ổn là mạch dao động tích
thốt dùng R, C tạo ra các xung vuông hoạt động ở chế độ tự dao động.
1.2 Cấu tạo:
Trong mạch dao động đa hài không ổn, người ta thường dùng các
transistor Q1, Q2 loại N-P-N. Các linh kiện trong mạch có những chức năng
riêng, góp phần làm cho mạch dao động. Các trị số của các linh kiện R, C có tác
dụng quyết định đến tần số dao động của mạch. Các điện trở RC1, RC2 làm giảm
áp và cũng là điện trở tải cấp nguồn cho Q1, Q2. Các điện trở RB1, RB2 có tác
dụng phân cực cho các transistor Q1, Q2. Các tụ C1, C2 có tác dụng liên lạc, đưa

tín hiệu xung từ transistor Q1 sang transistor Q2 và ngược lại. Hình 2.1 minh hoạ
cấu tạo của mạch dao động đa hài không ổn dùng transistor và các linh kiện R, C

.

K

RC1

RB2

RB1
RC2

VC1
Q1

C2

C1

VC2
Q2

Vcc

RB1,RB2 = 10K;
22K;33K.
RC = 1K; 2.2K; 13
C1, C2 = 1F.

Q1, Q2: C828.


Hình 2.1: Mạch dao động đa hài khơng ổn
Mạch trên hình 2.1 có cấu trúc đối xứng: các transistor cùng thông số và
cùng loại (hoặc NPN hoặc PNP), các linh kiện R và C có cùng trị số như nhau.
1.3 Ngun lý làm việc:
Khi khố K đóng, giả sử Q1 tắt và Q2 dẫn . Lúc này tụ C 2 nạp từ nguồn
Vcc qua RC1 và chuyển tiếp B-E của Q2 với thời hằng  = RC1.C2. Nhờ đó VC1
tăng dần tới giá trị Vcc.
Mặt khác, tụ C1 cũng nạp từ nguồn Vcc qua RB1 và trở C-E của Q2 với
thời hằng
 = RB1C1. Theo mức độ nạp của tụ C1 thì điện thế cực B của Q1
càng tăng khi VB1 = V thì Q1 dẫn nên VC1 giảm xuống gần bằng 0V. Sự giảm
điện thế của VC1 sẽ qua tụ C2 truyền đến cực B của Q2 làm điện thế VB2 âm nên
Q2 tắt. Tồn bộ dịng qua RB1 lúc này đỗ vào cực B của Q1 và duy trì Q1 dẫn
bảo hồ. Như vậy mạch đã chuyển sang trạng thái mới là Q1 dẫn, Q2 tắt.
Quá trình hoạt động tiếp tục giống như trước. Tụ C1 nạp từ nguồn Vcc
qua RC2 và chuyển tiếp B-E của Q1 đang dẫn với thời hằng  = RC1C1. Do đó
điện thế VC2 tăng lên gần VCC. Mặt khác, tụ C2 cũng nạp điện từ nguồn VCC qua
RB2 và trở C-E của Q1, điện áp trên tụ C2 thay đổi dẫn đến điện thế cực B của
Q2 tăng dần lên. Khi VB2 = V thì Q2 dẫn lại. Điện áp VC2 giảm xuống gần
bằng 0V. Sự thay đổi của VC2 thông qua tụ C1 gây giảm điện thế trên cực B của
Q1 làm VB1 trở nên âm và Q1 tắt.
Quá trình trên hoạt động liên tục lặp đi lặp lại, tạo thành dãy xung vuông
ở ngõ ra của mạch.
Trên cực C của 2 transistor Q1 và Q2 xuất hiện các xung hình vng, chu kỳ
T được tính bằng thời gian tụ nạp điện và xả điện trên mạch:
T = (t1 + t2) = 0,69 (RB1 . C1+RB2 .C2)
(2.1)

Do mạch đối xứng, ta có:
T = 2 x 0,69 . RB . C = 1,4.RB . C
(2.2)
Trong đó:
t1, t2: thời gian nạp và xả điện trên mạch
RB1, RB2: điện trở phân cực B cho transistor Q1 và Q2
C1, C2: tụ liên lạc, còn gọi là tụ hồi tiếp xung dao động
VC1
VC2

14

t

t


Hình 2.2: Dạng xung trên các transistor Q1 và Q2 theo thời gian
Từ đó, ta có cơng thức tính tần số xung như sau:
f=

1
1
=
T
0,69 (R B1 .C1  R B2 .C 2 )

(2.3)
f=

1
1

T
1,4 (R B .C)

(2.4)

* Ghi chú: - Mạch trên dùng RB = RB1 = RB2, RC1 = RC2, C = C1 = C2, Q1
= Q2
- Để mạch trên có thể thay đổi tần số thì ta dùng 1 biến trở nối
giữa nguồn Vcc và điểm chung của RB1 và RB2.
Ngày nay, công nghệ chế tạo IC rất phát triển, nên việc lắp ráp mạch dao
động, ngoài việc dùng transistor, người ta còn hay dùng IC 555 hoặc IC số. Tuy
vậy, chúng ta cần nắm vững cấu tạo và hoạt động của mạch dao động đa hài
dùng transistor, để vận dụng kiến thức khi sửa chữa mạch trong các thiết bị.
2. Mạch dao động đa hài không ổn d ng 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 hiện nhiều chức năng như
định thời, tạo xung chu n, tạo tín hiệu kích thích điều khiển các linh kiện bán
dẫn công suất,....
2.1 Cấu tạo của IC 555:
- IC 555 vỏ plastic có cấu tạo các chân như trình bày trên Hình 2.3.
555
1
2
3
4

Gnd

Trg
Out
Rst

Vcc
Dis
Thr
Ctl

8
7
6
5

Hình 2.3: Sơ đồ chân IC 555
Họ IC 555 được ký hiệu dưới nhiều dạng ký hiệu khác nhau: MN555, LM555,
C555, NE555, HA17555, A555,....
Chức năng của các chân IC 555 được nêu trong bảng 2.1 dưới đây:
Bảng 2.1: Chân IC 555 và các chức năng của các chân
CHỨC NĂNG CÁC
THỨ TỰ CHÂN
TÊN CHÂN
CHÂN
1
GND
Chân nối đất hay nguồn
15


2

3
4
5
6
7
8

TRIGGER INPUT
OUTPUT
RESET
CONTROL VOLTAGE
THRESHOLD
DISCHARGE
+Vcc

âm
Ngõ vào của xung nảy
Ngõ ra của xung
Phục hồi
Điện áp điều khiển
Thềm - Ngưỡng
ả điện
Nguồn cung cấp

1.2.2 ơ đồ mạch điện của mạch dao động đa hài hông ổn d ng IC 555:
Vcc
R1

8

4

7

V0

R2
6
3
C1

555
C2

Hình 2.4 a. Mạch điện căn bản

Hình 2.4b: Mạch dao động đa hài cơ bản dùng IC 555
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  0,001F.
Chân 4 nối nguồn +Vcc vì khơng dùng chức năng Reset.
16


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.
1.2.3 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:

tnạp = 0,69 (R1 + R2)C1
(2.5)
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:
txả = 0,69xR2C1
(2.6)
Điện áp ngõ ra ở chân 3 có dạng hình vng với chu kỳ là:
T = 0,69 (R1 + 2R2)C1
(2.7)
Do thời gian nạp vào và thời gian xả ra không bằng nhau (t nạp > txả) nên tần
số của tín hiệu xung là:
f=

1
1
=
T
0,69 (R 1  2R 2 )C1

(2.8)

Dạng xung ngõ ra ở chân 3 có dạng:
Vcc

t
Hình 2.5: Dạng xung ngõ ra của mạch dao động đa hài dùng IC 555
Trong thực tế, để có dạng xung vng đối xứng, có thể thực hiện một số
phương pháp sau:
Phương pháp 1: chọn trị số R1 << R2 lúc này sai số giữa thời gian nạp và

thời gian xả xem như không đáng kể.
Phương pháp 2: Chọn R1  R2 sau đó mắc song song một diode D phân
cực thuận nạp cho tụ không qua R2, còn khi xả điện, diode D bị phân cực ngược
nên vẫn xả điện qua R2.

Vcc
R1

8

4

7
D

R2

6
3

555

V0

17


Hình 2.6: Mạch dao động đa hài dùng IC 555
Tuy nhiên, trong thực tế, diode có nội trở, nên thời gian nạp qua R 1 và D
vẫn lớn hơn R2, nên để cho mạch thật đối xứng, người ta thường bổ sung thêm

một diode D2 giống như diode D1. Diode D2 được mắc nối tiếp với R2 để cho
đường nạp và đương xả điện hồn tồn giống nhau.
Vcc
R1

8

4

7
R2

D
1

D2

6
3

V0

555

2

C1

C2

Hình 2.7: Mạch dao động đa hài dùng hai diode D1 và D2

II. Bài tậ thực hành :
1. Mạch dao động đa hài không ổn:
+12

RC1
1k5

RB2
22k

RB1
22k

LED1

RC2
1k5

LED2
C2

C1

18


* u cầu: Mắc mạch như hình vẽ:
a) Tính tần số của mạch này:

T = 1,4.RB2 . C2 = 1,4.RB1 . C1
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
b) Để thay đổi tần số của mạch ta thay đổi giá trị nào, học viên thử cho
thay đổi giá trị và tính ra tần số dao động lúc này.
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
c) Dùng máy hiện sóng vẽ dạng sóng ngõ ra của mạch tại Vo1,Vo2
V01

19


V02

d) So sánh tần số tính bằng lý thuyết và tần số đo được ở máy hiện sóng:

+12

RC1
RC2

RB1

1K

100k

1K

LED
C1

RB2
560

10uF

Q1
Q2

C1815

C1815

A
B

f=1.5k; V=5Vpp

CI

D1
1N4007

C
D

+

0.1u
AM

FM

RI
220

* tx = 0,69 xRB1xC1

u cầu: Mắc mạch như hình vẽ:
a) Tính tần số của mạch:
T = 0,69RB1 . C1
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
b) Để thay đổi tần số của mạch ta thay đổi giá trị nào, học viên thử cho
thay đổi giá trị và tính ra tần số dao động lúc này.
.........................................................................................................................................
20


.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
c) Cho tín hiệu vào có
1.5Kh V 5Vpp và cho mạch hoạt động
d) Dùng máy hiện sóng vẽ dạng sóng ngõ ra của mạch tại Vo1
V01

2. Dao động đa hài không ổn:

+12

RV1

4

R

VCC

8

U1
Q

TR

C

GND

C2
0.1uF

B

CV

1

2

A

7

DC
5

100k

3

6

TH

555

R2
10k
D2
1N4007

D1
1N4007

R3
330

D

LED

C1
10uF

tx = 1,1 x R1C1

Yêu cầu: Mắc mạch như hình vẽ:
a) Tính tần số của mạch này:
21


T = 1,1.R1 . C1
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
b) Để thay đổi tần số của mạch ta thay đổi giá trị nào, học viên thử cho
thay đổi giá trị và tính ra tần số dao động lúc này.
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
c) Dùng máy hiện sóng vẽ dạng sóng ngõ ra của mạch tại V0

22