Chương 5 (phần 2) - Mạch tạo xung - Kỹ thuật điện tử

Ch ng 5 (Ph n 2)ươ ầ
5.2. M ch t o xungạ ạ

5.2.1. Mạch tạo dạng xung RC
5.2.2 Các chuyển mạch điện tử
5.2.3. Mạch đa hài lưỡng ổn
5.2.4. Mạch đa hài đơn ổn
5.2.5. Mạc đa hài phi ổn
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
5.2 Mạch tạo xung

Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc.
◦
Tín hiệu liên tục (còn được gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự) là tín hiệu có
biên độ biến thiên liên tục theo thời gian.
◦
Tín hiệu rời rạc (còn được gọi là tín hiệu xung hay số) là tín hiệu có biên độ biến
thiên không liên tục theo thời gian.

Tín hiệu xung: là tín hiệu rời rạc theo thời gian.

Đặc điểm chung: là thời gian tồn tại xung rất ngắn hay sự biến thiên biên
độ từ thấp lên cao hay từ cao xuống thấp xảy ra rất nhanh.

Bản chất vật lý: dòng điện, điện áp, ánh sáng….

Hình dạng: vuông, tam giác, răng cưa, nhọn, hình thang…
5.2 Mạch tạo xung

Hình dạng xung
5.2.1. Mạch tạo dạng xung RC


Quá trình nạp điện

Hằng số thời gian của mạch

τ =R.C

Thời gian 3τ là thời gian quá độ
của mạch (nạp đầy hoặc xả hết)

Quá trình nạp điện
5.2.2 Các chuyển mạch điện tử

Khi Vi=0, BJT ngắt, IC≅0,
VC ≅ VCC, BJT như một
khóa điện tử hở mạch

Khi Vi=5V, BJT thông bão
hòa, IC≅ICsat, VC ≅ 0, BJT
như một khóa điện tử đóng
mạch

Sơ đồ mạch
Mạch tạo xung vuông

Các m ch t o xung c b n nh t là các m ch t o xung vuông đ c g i ạ ạ ơ ả ấ ạ ạ ượ ọ
chung là
m ch dao đ ng đa hàiạ ộ
. Có ba lo i m ch dao đ ng đa hài là: ạ ạ ộ
◦

Dao đ ng đa hài l ng n ộ ưỡ ổ
(còn g i là m ch Flip-Flop): m ch có hai tr ng thái và hai ọ ạ ạ ạ
tr ng thái đ u n đ nh. ạ ề ổ ị
◦
Dao đ ng đa hài đ n n ộ ơ ổ
: m ch có hai tr ng thái, trong đó m t tr ng thái n đ nh ạ ạ ộ ạ ổ ị
và m t tr ng thái không n đ nh g i là tr ng thái t o xung ộ ạ ổ ị ọ ạ ạ
◦
Dao đ ng đa hài phi nộ ổ
: m ch có hai tr ng thái và c hai tr ng thái đ u không n ạ ạ ả ạ ề ổ
đ nh còn g i là m ch t dao đ ng. ị ọ ạ ự ộ

M ch dao đ ng đa hài dùng BJT d a vào ạ ộ ự
s n p đi n và s x đi n c a t ự ạ ệ ự ả ệ ủ ụ
đi nệ
k t h p v i đ c tính ế ợ ớ ặ
chuy n m ch c a Transistorể ạ ủ
.

Ngoài ra m ch dao đ ng đa hài đ c t o ra t các linh ki n nh op-amp, ạ ộ ượ ạ ừ ệ ư
IC555, các c ng logic, …. ổ
5.2.3.
M ch đa hài l ng nạ ưỡ ổ

Mạch dao động đa hài lưỡng ổn được tạo ra bằng cách
ghép hai mạch đảo sao cho điện áp ra của mạch đảo này
là ngõ vào của mạch đảo kia.

Mạch có 2 trạng thái, trong mỗi trạng thái một trasistor tắt
và một transistor bão hoà.


Giả thiết có mạch Flip-Flop đối xứng nhưng hai transistor
không thể cân bằng một cách tuyệt đối nên sẽ có một
Transistor dẫn mạnh hơn và một Transistor dẫn yếu hơn.

Giả thiết T1 dẫn mạnh hơn  IC1 lớn hơn qua RC1 
VC1 giảm VB2 giảm  T2 chạy yếu hơn.  IC2 nhỏ
 VC2 tăng VB1 tăng  T1 chạy mạnh mạnh hơn 
T1 sẽ tiến đến trạng thái bão hòa T2 tiến đến ngưng dẫn
Một trạng thái của mạch Flip-Flop.

Tương tự nếu T2 dẫn mạnh hơn  T2 sẽ tiến đến trạng
thái bão hòa T1 tiến đến ngưng dẫn  trạng thái thứ hai
của mạch Flip-Flop.

Mạch Flip-Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được
gọi là mạch lưỡng ổn.

Điện áp nguồn âm (–VBB) có tác dụng phân cực cho T2
để T2 ổn định ở trạng thái ngưng tránh tác động của nhiễu
có thể làm cho T2 đổi trạng thái
M ch đ oạ ả
5.2.3.
M ch đa hài l ng nạ ưỡ ổ
Các ph ng pháp kích đ i tr ng thái c a flip-flop . ươ ổ ạ ủ

Mạch kích một bên

Mạch kích đếm:
5.2.3.

M ch đa hài l ng nạ ưỡ ổ
Mạch kích một bên

Xung kích điều khiển là xung vuông qua
mạch vi phân RC để đổi từ xung vuông ra
hai xung nhọn

Diod D có tác dụng loại bỏ xung nhọn
dương và chỉ đưa xung nhọn âm vào cưc
B1 để đổi trạng thái T1 từ bão hòa sang
ngưng dẫn.

Khi mạch đã ổn định ở trạng thái này thì
mạch sẽ không bị tác động đổi trạng thái
bởi xung kích vào cực B1 nữa.

Muốn đổi trạng thái của mạch trở lại trạng
thái cũ thì phải cho xung vuông tiếp theo
qua mạch vi phân và diod D vào cực B2 (vì
T2 đang ở trạng thái bão hòa)

Mạch Flip-Flop phải được kích lần lượt,
luân phiên vào cực B1 và B2 thông qua hai
mạch vi phân và hai Diod.
5.2.3.
M ch đa hài l ng nạ ưỡ ổ
Mạch kích đếm

Mạch kích đếm đổi trạng thái mạch Flip- Flop bằng một xung
kích


Mạch đang ở trạng thái T1 bão hòa, T2 ngưng dẫn.

Khi có xung vuông ở ngõ vào ( Vin ) thì qua hai tụ C1 – C2
sẽ có hai xung nhọn dương ứng với cạnh lên xung của vuông
và có 2 xung nhọn âm ứng với cạnh xuống của xung vuông tại
điểm A và B.

Thời điểm có xung nhọn dương cả hai diode D1 – D2 đều bị
phân cực ngược nên không có tác dụng với mạch Flip-Flop.

Khi có xung nhọn âm thì xung âm sẽ làm giảm điện áp VA và
diod D1 được phân cực thuận T1 từ bão hòa sang ngắt, T2
từ ngắt sang bão hòa.

Do VB =11V rất cao so với xung âm nên khi có xung nhọn
âm thì điện áp VB vẫn ở mức dương cao nên D2 vẫn bị phân
cực ngược và xung âm không có tác dụng với T2.

Khi có xung vuông thứ hai đến ngõ vào thì lần này xung nhọn
âm chỉ có tác dụng đối với T2 là transistor đang bão hòa nên
mạch Flip-Flop lại trở về trạng thái cũ.
5.2.4.
M ch đa hài đ n n ạ ơ ổ

Mạch có hai trạng thái, trong đó một trạng thái ổn định và một trạng thái không ổn
định gọi là trạng thái tạo xung

Mạch đơn ổn khi cấp nguồn sẽ ở một trạng thái ổn định khi không có tác động ở bên
ngoài vào.


Khi đầu vào nhận một xung kích chuyển sang trạng thái tạo xung và độ rộng xung
tùy thuộc vào thông số RC.

Sau thời gian có xung , mạch đơn ổn sẽ tự dộng trở về trạng thái ổn định ban đầu.
5.2.4.
M ch đa hài đ n nạ ơ ổ
Trạng thái ổn định của mạch đơn ổn


Khi mở điện, tụ C tức thời nạp điện
qua điện trở RC2 tạo dòng điện đủ
lớn cấp cho cực B1  T1 bão hòa 
VC1 = VCesat ≈ 0,2V Cầu phân
áp RB2 và RB sẽ tạo ra điện áp phân
cực cho T2 ngưng dẫn vì VB2 < 0V.

Điện áp nạp trên tụ có giá trị khoảng
VC = VCC – VBesat ≈ VCC.

Khi tụ nạp đầy thì dòng nạp bên tụ
bằng 0 nhưng T1 vẫn chạy ở trạng
thái bão hòa vì vẫn còn dòng IB1 qua
RB1 cấp phân cực cho cực B1.

Hai Transistor sẽ chạy ổn định ở
trạng thái này nếu không có tác động
gì từ bên ngoài.
5.2.4.
M ch đa hài đ n nạ ơ ổ

Trạng thái tạo xung của mạch đơn ổn

Khi Vi nhận xung kích âm qua tụ C1  VB1 giảm  T1 đang bão hòa chuyển sang trạng thái ngắt  IC1
= 0 VC1 tăng cao qua cầu phân áp RB2 – RB sẽ phân cực cho T2 chạy bão hòa.

Khi T2 chạy bão hòa VC2=VBEsat ≈0.2V  tụ C có chân mang điện áp dương coi như nối mass và chân
kia có điên áp âm so vớ mass nên điện áp âm này sẽ phân cực ngược cho cực B1 làm T1 tiếp ngắt dù đã hết
xung kích. Lúc đó tụ C xả điện qua điện trở RB1 và transistor T2 từ C xuống E  T1 ngắt ,T2 bão hòa 
điện áp ở các chân C và B của transistor đổi ngược lại chính là xung điện ở ngõ ra.

Sau khi tụ xả xong làm mất điện áp âm đặt vào cực B1 vàT1 sẽ hết trạng thái ngắt và chuyển sang trạng
thái bão hòa như lúc ban đầu.

Khi T1 trở lại trạng thái bão hòa thì VC1 =VCEsat ≈ 0,2 V nên T2 mất phân cực sẽ ngắt như lúc ban đầu.

Thời gian tạo xung của mạch đơn ổn chính là thời gian xả điện của tụ C qua RB1 . Sau thời gian này mạch
tự trở lại trạng thái ban đầu là trạng thái ổn định.
5.2.4.
M ch đa hài đ n n ạ ơ ổ
a) Điện áp vào Vi, trước thời điểm có
xung kích là trạng thái ổn định. Khi
có xung nhọn âm thì mạch đơn ổn
bắt đầu chuyển sang trạng thaí tạo
xung.
b) dạng điện áp VB1, khi có xung kích
là T1 ngưng, tụ C xả điện áp âm nên
VB1 có điện áp âm ≈ -VCC và tụ C
xả điện qua RB1 làn điện áp âm giảm
dần theo hàm số mũ. Thời gian xả
của tụ C chính là thời gian tạo xung ở

ngõ ra.
c) Ở trạng thái ổn định VC1 =0,2V (bão
hòa), ở trạng thái tạo xung VC1 =
VCC (ngắt) nên T1 có xung vuông
dương ra.
d) Ngược lại T2 có xung vuông âm ra,
độ rộng xung là Tx.
Dạng sóng
Tx = 0,69 RB1.C
5.2.5. Mạch đa hài phi ổn
(Mạch tự dao động)

Mạch đơn ổn sẽ tạo ra sóng vuông liên tục mà không cần
xung kích bên ngoài.

Giả thiết T1 dẫn điện mạnh hơn, tụ C1 nạp điện qua RC2
dòng IB1 tăng cao  T1 bão hòadòng IC1 tăng cao
và VC 1 ≈ VCE sat ≈ 0,2V, tụ C2 xả điện qua RB2 và qua
T1, điện áp âm trên tụ C2 đưa vào cực B2 làm T2 ngắt.

Thời gian ngưng dẫn của T2 chính là thời gian tụ C2 xả
điện qua RB2. Sau khi tụ C2 xả song, cực B2 lại được
phân cực nhờ RB2 nên T2 dẫn bão hòa làm VC2 =VCE sat
≈ 0,2V  tụ C1 xả điện qua RB1 và điện áp âm trên tụ C1
đưa vào cực B1 làm T1 ngắt  tụ C2 lại nạp điện qua
RC1 làm cho dòng IB2 tăng cao và T2 bão hòa nhanh.

Thời gian ngưng dẫn của T1 chính là thời gian tụ C1 xả
điện qua RB1. Khi tụ C1 xả điện xong, cực B1lại được
phân cực nhờ RB1 nên T1 trở lại trạng thái dẫn bão hòa

như trạng thái gỉa thiết ban đầu. Hiện tượng này được lặp
lại tuần hoàn .
5.2.5. Mạch đa hài phi ổn
(Mạch tự dao động)

t1: thời gian tụ C1 xả điện qua RB1 từ
điện áp –VCC lên nguồn +VCC:
t1 = RB1 .C1 Ln2 ≈ 0,69RB1.C

t2: thời gian để tụ C2 xả điện qua
RB2 từ –VCC lên 0V là:
t2 ≈ 0,69RB2.C2

Chu kỳ của tín hiệu xung vuông :
T= t1+t2 = 0,69 ( RB1.C1 + RB2.C2 )

Tần số của xung vuông là:

Nếu là mạch đa hài phi ổn đối xứng
ta có :

D ng sóngạ
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555

Vi mạch định thời 555 và họ của nó được
ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế

Dùng kết hợp với các linh kiện RC 
thực hiện nhiều chức năng như định thời,
tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích hay

điều khiển các linh kiện bán dẫn công
suất như Transistor,SCr,Triac
Sơ đồ chân

Chân1: GND (nối đất)

Chân 2: 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)

Chân 8: Vcc (Nguồn cấp)
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
Sơ đồ chân

chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC

chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các transistor PNP. Mức áp
chuẩn là 2*Vcc/3.

Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt cao(gần bằng mức

áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1)

Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở
mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân
2 và 6.

Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555 theo các
mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối mase. Tuy nhiên trong hầu hết các
mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01uF ÷0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ
nhiễu giữ cho mức áp chuẩn ổn định.

Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác .mạch so sánh dùng các
transistor NPN .mức chuẩn là Vcc/3

Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển bỡi tầng logic .khi
chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho
1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng dao động .

- Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong
khoảng từ +5v ÷ +15v và mức tối đa là +18v
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
Nguyên tắc hoạt động của IC 555

2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp

3 điện trở mắc nối tiếp chia điện áp

FF: Khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 VCC, chân S =
[1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3
VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset


Mạch Output: khuếch đại tăng dòng cấp cho tải

Transistor T1: Reset IC555 bất chấp tình trạng ở các
ngõ vào khác, do đó chân Reset dùng để kết thúc xung
ra sớm khi cần. (khi chân 4 điện áp thấp  T1 thông
bão hòa output mức thấp)

Transistor T2:
◦ khi Q ở mức cao  T2 bão hòa chân 3 cũng ở mức
thấp.
◦ Khi Q ở mức thấp  T2 ngưng dẫn  chân 3 có điện
áp Theo nguyên lý trên cực C của T2 ra chân 7có thể
làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ
ra chân 4

Cấu trúc IC 555
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
Mạch đa hài phi ổn

Thời gian tụ nạp là thời gian V0 ≈ +
VCC , Led sáng.
tnạp = 0,69 .( Ra + Rb ) C

Thời gian tụ xả là thời gianV0 ≈ 0v ,
Led tắt
txả = 0,69 . Rb . C

Điện áp ra chân 3 có dạng hình vuông
với chu kỳ là:

T = tnạp +txả = 0,69 ( Ra + 2Rb ) C

Tần số của tín hiệu xung vuông là
5.2.6. Mạch dao động đa hài dùng IC 555
Mạch đa hài đơn ổn

Đặc điểm của mạch đơn ổn là
khi có xung âm hẹp tác động tức
thời ở ngõ vào Trigger chân 2
mạch sẽ đổi trạng thái và tại ngõ
ra chân 3 sẽ có xung dương ra.

Độ rộng xung ở ngõ ra có thời
gian dài hay ngắn tùy thuộc mạch
định thì RtC , sau đó mạch sẽ trở
lại trạng thái ban đầu .

Thời gian xung dương ra tx

Sơ đồ kết nối
tx = 1,1 Rt . C