Thiết kế mạch tương tự và mạch số

Thiết kế mạch điện tử
đồ án môn học
Thiết kế mạch tơng tự và mạch số
Phần I: Mạch tơng tự.
Hãy thiết kế mạch tạo xung vuông 1 cực tính. Xung vuông có biên độ 10V, tần số xung
1KHz ữ 10KHz. Nguồn lấy từ mạng
Hz
V
50
220
qua chỉnh lu và ổn áp.
Phần II: Mạch số.
Thiết kế mạch đo điện áp, dòng điện chỉ tại số với các yêu cầu thang đo;
U = 0,5 ữ 5V
và 5 ữ 50V.
I = 0,5 ữ 5mA
và 5 ữ 50mA.
1
Thiết kế mạch điện tử
Phần I - Mạch tơng tự
Mạch tạo xung vuông một cực tính.
1-1. Sơ đồ khối.
1-1-1. Biến áp nguồn;
Biến áp nguồn thực hiện nhiệm vụ biến đổi nguồn điện áp xoay chiều của mạng điện
(U
V
= 220
V
/ 50Hz) thành nguồn xoay chiều với các mức điện áp (U ) khác nhau, tơng ứng với số
vòng dây của cuộn thứ cấp biến áp mà điện áp có trị số cần thiết đối với mạch chỉnh lu(U
V

U ).
Biến áp còn có chức năng ngăn cách mạch chỉnh lu với mạng điện về một chiều.
1-1-2. Bộ chỉnh lu và ổn áp;
Gồm có mạch chỉnh lu và mạch ổn áp. Mạch chỉnh lu làm nhiệm vụ nắn dòng xoay chiều
thành dòng một chiều, sau đó lọc bỏ thành phần xoay chiều - giữ lại thành phần một chiều rồi đa
qua mạch ổn áp. Tại đây nguồn điện sau khi đợc chỉnh lu và lọc thành phần xoay chiều để cấp cho
bộ tạo xung.
1-1-3. Bộ tạo xung;
Thực hiện chức năng tạo ra dao động xung.
Chức năng này đợc thực hiện bởi mạch đơn dùng Transistor (hoặc Op-amp, mạch định thì
hay các cổng Logic) để tạo điện áp ở đầu ra liên tục chuyển qua lại giữa hai mức cao và thấp.
Nghĩa là mạch cho ra một dãy xung vuông góc với những thông số đặc trng xác định trớc.
1-2. Những phần tử cơ bản thực hiện chức năng các khối.
1-2-1. Biến áp nguồn.
Là một biến áp với cuộn dây thứ cấp có điểm giữa.
Tỉ số biến áp là;
K
BA
=
2
1
W
W
=
16
2220
20.
Trong đó;
K: là hệ số biến áp.
W

1
và W
2
: là số vòng dây của cuộn
sơ cấp và thứ cấp.
W
1
= 2W
2
.
2
U
V
=220
V
/ 50Hz
Bộ chỉnh l_u
và ổn áp
Mạch
tạo xung vuông
1 cực tính
Xung ra
Biến áp
nguồn
U
U =

U
V
=
U
R

0
V
B.A A
B
+
-
Hình -1. Biến áp nguồn
W
1
W
2
W
2
Thiết kế mạch điện tử
1-2-2. Bộ chỉnh lu và ổn áp.
+ Mạch chỉnh lu gồm các phần tử
Mạch chỉnh lu hai pha dùng 2 Đi-ôt.
Tụ lọc.
+ Mạch ổn áp gồm các phần tử;
IC ổn áp 7810.
Các điện trở.
1-2-3. Mạch chỉnh lu và ổn áp.
1-2-4. Nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lu và ổn áp.
Điện áp xoay chiều hình sin 220

V
/ 50Hz đa vào sơ cấp biến áp (hình -1), đợc cảm ứng sang
thứ cấp biến áp, rồi cho ra điện áp xoay chiều tơng ứng ở hai đầu A và B (điện áp ra phụ thuộc vào
số vòng dây của cuộn thứ cấp biến áp).
Bên thứ cấp biến áp, điện áp ra đợc đa vào mạch để nắn và cho ra dòng một chiều với điện
áp nhỏ , giả sử ở bán kỳ dơng - đầu A dơng. Dòng điện qua đi-ôt D
1
, vào IC ổn áp, qua R
1
về điểm
giữa nối mát (0
V
) của thứ cấp biến áp kín mạch. ở bán kỳ âm của dòng điện xoay chiều, đầu B d-
ơng. Dòng điện qua đi-ôt D
2
, vào IC ổn áp, qua R
1
về điểm giữa nối mát (0
V
) của thứ cấp biến áp
kín mạch. Ta có đồ thị nắn nh sau;
3
7810
IC ổn áp
R
1
R
2
R
3

C
D
1

D
2






+10
V
Hình - 2. Mạch chỉnh l_u
A
B

C
D
U
U
A
U
B
U
C
t
t
t

0
0
0
Khi có tụ C
Không có tụ C
Hình - 3. Đồ thị
thời gian điện áp ra.
Thiết kế mạch điện tử
Dòng nắn là những xung liên tục ngợc pha nhau, vì cả 2 chu kỳ đều có dòng qua R
1
nối với
mát ở điểm giữa của cuộn thứ cấp biến áp nguồn. Gọi là nắn cả chu kỳ điện xoay chiều (chỉnh lu
toàn sóng cân bằng).
Tụ C ở đây làm nhiệm vụ lọc nguồn (lọc bỏ thành phần xoay chiều giữ lại thành phần xoay
chiều). Điện áp ở điểm D là điện áp đã đợc lọc bỏ thành phần xoay chiều đa tới IC ổn áp.
IC ổn áp 7810 làm nhiệm vụ ổn áp - ổn định điện áp 10
V
một chiều cung cấp cho mạch tạo
xung làm việc.
1-2-5. Nguyên lý đầy đủ.
1-3. Mạch tạo xung vuông một cực tính.
1-3-1. Các thông số đặc trng của tín hiệu xung.
Các tín hiệu có biên độ biến đổi theo thời gian đợc chia làm hai loại cơ bản là; Tín hiệu liên
tục và Tín hiệu gián đoạn.
ở đây thực hiện nghiên cứu tín hiệu gián đoạn.
Tín hiệu gián đoạn đợc gọi là tín hiệu xung hay tín hiệu số. Trong đồ án này thực hiện thiết
kế mạch tạo xung vuông một cực tính.
Tín hiệu xung đợc xem nh là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu gián đoạn, biên độ của nó chỉ có 2
giá trị là mức cao (H) và mức thấp (L).
Thời gian để chuyển từ mức có biên độ thấp lên mức có biên độ cao hay ngợc lại là rất ngắn

và đợc xem nh tức thời. Tín hiệu xung đợc định nghĩa nh sau;
Tín hiệu xung điện áp hay xung dòng điện là những tín hiệu có thời gian tồn tại rất
ngắn, có thể so sánh với quá trình quá độ trong mạch điện mà chúng tác dụng .
Trong thực tế, các xung vuông không có dạng lý tởng nh dạng xung ở (Hình-5). Bởi khó có
một tín hiệu vuông nào đờng biên độ tăng và giảm thẳng đứng(ứng với thời gian hay giảm là
t = 0). Do vậy theo dạng xung ở (Hình-6), thì khi tăng điện áp sẽ có thời gian trễ (t
r
) gọi là độ rộng
sờn trớc và ngợc lại, khi giảm điện áp cũng sẽ có thời gian trễ (t
f
) gọi là độ rộng sờn sau.
Độ rộng sờn trớc và độ rộng sờn sau là thời gian biên độ xung tăng hay giảm trong khoảng
từ (0,1Vm) đến (0,9Vm).
Thời gian xung có biên độ từ (0,9Vm) đến (Vm) ứng với đoạn đỉnh của xung gọi là (t
p
).
Độ rộng xung thực tế là;
4
t
x
= t
r
+ t
p
+ t
f
t
x
t
n

T
U
M
V
t
0
Hình - 5. Dãy xung vuông 1 cực tính
H
L




U
V
=
0
V
[B.A]
A
B
+
-
D
1

K202C
D
2

K202C

C
7810
IC ổn áp
R
1
4,3K
R
2
50
R
3
12
C
0,1àF



+10
V

D
Hình - 4. Mạch cấp nguồn 10
V
đầy đủ
Thiết kế mạch điện tử
Độ sụt đỉnh (V) là độ giảm biên độ ở phần đỉnh xung.
Xung vuông là dạng dãy xung thờng gặp nhất trong kỹ thuật điện tử. Các thông số đặc tr-
ng cho dãy xung gồm;

Biên độ; U
M
= H - L. (H là mức cao, L là mức thấp).
Độ rộng xung; t
x
(là thời gian ứng với điện áp cao).
Thời gian nghỉ; t
n
(là thời gian ứng với điện áp thấp).
Chu kỳ; T = t
x
+ t
n
.
Tần số; F =
T
1
.
Ngoài ra còn có 2 thông số phụ đặc trng khác là;
Hệ số lấp đầy; y =
T
tx
. Độ rỗng (hổng); Q =
y
1
=
tx
T
.
1-3-2. Mạch tạo xung vuông một cực tính.

5
t
x
t
r
V
t
0
t
f
t
p
V
0,1Vm
0,9Vm
Vm
Hình - 6. Dạng xung thực tế
Thiết kế mạch điện tử
Mạch tạo xung vuông một cực tính hay còn gọi là mạch đa hài có hai trạng thái ( T
1
bão
hoà - T
2
ngng hay T
1
ngng - T
2
bão hoà). Nhng khi nó hoạt động thì ở đầu ra luôn có một trạng thái
ổn định.
Bình thờng khi mạch tạo xung vuông một cực tính đợc cấp nguồn sẽ ở trạng thái ổn định

và sẽ mãi ở trạng thái này không có tác động gì từ ngoài vào. Khi ngõ vào nhận một xung kích
thích, thì mạch sẽ đổi trạng thái và tạo ra một xung đơn vuông góc ở ngõ ra, với độ rộng xung ra sẽ
tuỳ thuộc vào các thông số của RC đợc thiết kế trong mạch. Sau thời gian có xung ra, mạch tạo
xung vuông một cực tính sẽ tự trở về trạng thái ổn định ban đầu. Mạch tạo xung vuông một cực
tính rất thông dụng trong lĩnh vực tự động điều khiển, trong các thiết bị điện tử và điện tử công
nghiệp.
Mạch một cực tính có thể thực hiện bằng nhiều cách nh; dùng Transistor, Op-Amp, vi
mạch định thì hay các cổng Logic.
Trong đồ án này thực hiện phân tích và thiết kế mạch tạo xung vuông một cực tính dùng
Transistor.
1-3-3. Sơ đồ nguyên lý của mạch ở hai trạng thái.
6
+U
CC









R
C1
R
B 2
R
C2
R

B 1
T
1
Bão hoà
T
2
Ng_ng
I
C1
C
i
U
I
= 0
V
-U
BB
C
- +
C
Nạp
R
B0
Hình - 7. Trạng thái ổn định: T
1
bão hoà, T
2
ng_ng dẫn
I
B 2

+U
CC









R
C1
R
B 2
R
C2
R
B 1
T
1
Ng_ng
T
2
Bão hoà
I
C2
C
i
U

I
= 0
V
-U
BB
C
- +
C
Xả
R
B0
Hình - 8. Trạng thái ổn định: T
1
ng_ng dẫn, T
2
bão hoà
I
B 2
Thiết kế mạch điện tử
1-3-4. Nguyên lý làm việc.
- Trạng thái ổn định (Hình - 7).
Khi có điện áp cấp cho mạch thì tụ C tức thời nạp qua điện trở R
C2
, để tạo ra dòng điện đủ
lớn cấp cho cực B
1
, do đó T
1
sẽ chạy ở trạng thái bão hoà. Lúc đó dòng I
C1

qua R
C1
đủ lớn để tạo sụt
áp và điện áp tại chân C của T
1
lúc này là;
U
C1
= U
CE
0,2
V
.
Cầu phân áp R
B 2
và R
B
sẽ tạo ra điện áp phân cực cho T
2
ngng dẫn vì U
B 2
< 0
V
. Sau khi tụ
nạp đầy sẽ có điện áp nh hình vẽ và điện áp trên tụ trị số là;
U
C
= U
CC
- U

BE
U
CC
.
Khi tụ đã nạp đầy thì dòng nạp qua tụ là bằng 0, nhng T
1
vẫn chạy ở trạng thái bão hoà vì
vẫn còn dòng I
B1
qua R
B1
để cấp phân cực cho B
1
.
ở trạng thái này hai Transistor sẽ chạy ổn định nếu không có tác dụng từ bên ngoài.
- Trạng thái tạo xung (Hình - 8).
Khi ngõ vào U
I
nhận xung kích âm, qua tụ C
i
sẽ làm điện áp U
B1
giảm làm cho T
1
đang chạy
ở trạng thái bão hoà chuyển sang trạng thài ngng dẫn, lúc này I
C1
= 0, điện áp U
C1
tăng cao qua cầu

phân áp R
B2
-R
B0
sẽ phân cực cho T
2
chạy bão hoà và điện áp tại chân C lúc này là;
U
C2
= U
CE
0,2
V
.
Điều này làm cho tu C có chân mang điện áp dơng (+) coi nh nối mát, điện áp âm này sẽ đ-
ợc phân cực ngợc cho B
1
và làm cho T
1
tiếp tục ngng dẫn, mặc dù đã hết cung kích ở đàu vào. Lúc
đó, tụ C phóng điện qua điện trở R
B1
và T
2
từ chân C xuống chân E. Trong thời gian này T
2
bão hoà
và T
1
ngng dẫn nên điện áp ở chân C và B của hai Transistor đổi ngợc lại - chính là xung điện ở đầu

ra.
Sau khi tụ C phóng làm mất điện áp âm đặt vào chân B
1
của T
1
, làm cho T
1
không còn ở
trạng thái ngng dẫn nữa mà chuyển sang trạng thái bão hoà nh lúc ban đầu. Khi T
1
trở lại trạng thái
bão hoà thì điện áp đặt vào chân C của T
1
là; U
C1
= U
CE
= 0,2
V
.
Nên T
2
lúc này lại mất phân cực và tiếp tục chuyển sang trạng thái ngng dẫn nh lúc ban đầu.
Thời gian tạo xung của mạch tạo xung vuông một cực tính là thời gian phóng điện của tụ C
qua R
B1
. Sau thời gian này, mạch tự trở lại trạng thái ban đầu - là trạng thái ổn định.
7
Thiết kế mạch điện tử
Ngoài nguyên lý mà 2 trạng thái đã phân tích và để đảm bảo việc thay đổi tần số theo dải

tần 1KHz ữ 10KHz mà đồ án đa ra, thì phơng án thiết kế phải thực hiện là giảm trị số của tụ C và
tăng trở kháng của điện trở R
B1
. Để tăng trở kháng của điện trở R
B1
, thì thực hiện bằng cách mắc
thêm một biến trở VR vào sau điện trở R
B1
nối với nguồn, để điều chỉnh tần số ra theo yêu cầu của
giải tần.
1-3-5. Dạng sóng ở các chân.

Hình - 9a ; Biểu diễn điện áp ngõ vào U
I,
, trớc thời điểm này là trạng thái ổn định.
Hình - 9b ; Là dạng điện áp U
B1
, khi có xung kich làm cho T
1
ngng, tụ C phóng điện áp âm
nên U
B1
có điện áp âm -U
CC
và tụ C phóng điện qua R
B1
làm điện áp âm giảm dần theo hàm số
mũ. Thời gian phóng của tụ C chính là thời gian tạo xung ở ngõ ra.
Hình - 9c ; Là trạng thái ổn định khi U
C1

= 0,2
V
(bão hoà), ở trạng thái tạo xung U
C1
= U
CC

(ngng dẫn) nên T
1
có xung vuông (+) ra và ngợc lại, T
2
có xung vuông (-) ra, độ rộng xung là t
X
ở
(Hình - 9d).
1-3-6. Điều kiện và thông số kỹ thuật.
Để cho mạch tạo xung vuông một cực tính hoạt động đúng theo nguyên lý phải thoả mãn
điều kiện là T
1
bão hoà với;
I
C1
=
1C
CECC
R
UU

1C
CC

R
U
(với U
CE
0,2
V
).
I
B1
=
1B
BECC
R
UU

1B
CC
R
U
(với U
BE
0,8
V
).
8
U
I
U
RI
U

C1
U
C2
0,2
V
0,2
V
0,8
V
t
t
t
t
a)
b)
c)
d)
-V
CC
C
phóng
V
CC
V
CC
t
X
-
+
-

Hình - 9. Dạng sóng vào và ra của mạch.
Thiết kế mạch điện tử
Muốn T
1
bão hoà phải có;
I
B1
>

1CI
Thờng chọn : I
B1
= k

1CI
( k là hệ số bão hoà sâu và k = 2ữ4).
a). Cách tính độ rộng xung.
Trong thời gian ổn định, tụ C nạp điện qua R
C1
với hằng số thời gian nạp là:

nạp
= R
C1
.C
Điện áp nạp trên tụ tăng theo hàm số mũ bởi công thức;
U
C
(t) = U
CC

.(1-e
-t/


)
Suy ra: U
C
(t) = U
CC
- U
CC
. e
-t/

Điện áp trên tụ tăng từ 0
V
đến U
CC
.
Khi có xung âm đặt vào cực B
1
thì
tụ C phóng điện qua R
B1
với hằng
thời gian phóng là;

phóng
= R
B1

.C
Điện áp trên tụ khi phóng giảm theo
hàm số mũ bởi công thức; U
C
(t) = U
CC
.(1- e
-t/


)
Do cực (+) của tụ C coi nh nối mát qua chân C
2
của T
2
, thì khi T
2
bão hoà tụ C sẽ phóng
điện áp âm (-U
CC
) và điện áp trên tụ tăng từ (-U
CC
) lên (0
V
), rồi sau đó tiếp tục nạp lên từ (0
V
) đến
(+U
CC
). Cứ nh vậy đờng phóng và nạp của tụ sẽ biến thiên nh (hình-10) và đợc giới hạn từ

(-U
CC
) lên (+U
CC
). Đờng biểu diễn điện áp trên tụ sẽ đợc tính theo công thức;
U
C
(t) = U
CC
- 2U
CC
. e
-t/

Khi U
C
(t) = 0
V
là hết thời gian phóng của tụ và mạch trở lại trạng thái ổn định. Thời gian
này chính là thời gian tạo xung ở ngõ ra, còn gọi là độ rộng xung (t
X
);
Ta có:
U
C
(t) = 2U
CC
. e
-t/

e
-t/


=
2
1
Suy ra:

t
= ln2 t
X
= . ln2
Thay = R
B1
.C và ln2 = 0,69
Vậy suy ra: t
X
= 0,69.R
B
.C (là độ rộng xung và cũng là thời gian ứng với điện áp cao).
Tơng tự suy ra: t
n
= 0,69.R
B
.C (là độ rộng xung và cũng là thời gian ứng với điện áp thấp).
Nh vậy về độ rộng xung thì ta có; t
X
= t
n

.
9
Nạp
Phóng
+U
CC
-U
CC
U
C
0
V
t
X
t
Hình - 10. Đ_ờng phóng và nạp của tụ C
Thiết kế mạch điện tử
Do đó suy ra chu kỳ dao động là;
T = t
X
+ t
n
= 0,69.(R
B
.C + R
B
.C) = 2. 0,69. R
B
. C.
T 1,4. R

B
.C.
Suy ra tần số của xung vuông một cực tính là;
CRT
f
B 4,1
11
==
Muốn thay đổi độ rộng xung (t
X
), ta có thể thay đổi R
B1
hay trị số tụ C, trong đó R
B1
bị giới
hạn bởi điều kiện bão hoà của T
1
nên ngời ta thờng chỉ thay đổi tụ C.
b). Biên độ xung ra.
ở trạng thái ổn định, T
1
bão hoà - T
2
ngng, ta có;

U
C1
= U
CE
0,2

V
và U
C2
U
CC
ở trạng thái tạo xung, T
1
ngng - T
2
bão hoà, ta có;
U
C1
U
CC

21
2
BC
B
RR
R
+
= U
X
(do mạch phân áp) và U
C2
= U
CE
= 0.2
V

Nh vậy, biên độ xung vuông dơng do T
1
tạo ra là;
U
01
= U
X
- 0,2
V
U
X
Biên độ xung vuông âm do T
2
cho ra là;
U
02
= U
CC
- 0,2
V
U
CC
c). Thời gian phục hồi.
Theo sơ đồ trạng thái thì trạng thái ổn định là trạng thái T
1
bão hoà - T
2
ngng dẫn ; trạng
thái tạo xung là trạng thái T
1

ngng dẫn - T
2
bão hoà. Sau khi xong thời gian tạo xung (t
X
) thì T
2
sẽ
trở lại trạng thái ngng dẫn. Trong thực tế, mạch cha trở về trạng thái ổn định ngay, vì lúc đó tụ C lại
nạp điện qua R
C2
làm U
C2
tăng lên theo hàm số mũ, chứ không tăng tức thời nh hình vuông. Thời
gian này đợc gọi là thời gian hồi phục (t
h
).
Hằng số thời gian nạp của tụ là:
nạp
= R
C2
.C
Tụ nạp đầy trong thời gian (5), nhng thờng chỉ tính là: t
h
4
nạp
= 4R
C2
.C
10
Thiết kế mạch điện tử

d). Thời gian phân cách.
Do có thời gian hồi phục (t
h
) để mạch tạo xung vuông 1 cực tính trở lại trạng thái ổn định,
nếu tín hiệu xung ở ngõ vào là tín hiệu liên tiếp nhau có tần số xung kích là f
i
, chu kỳ kích là T
i
, thì
chu kỳ T
i
phải thoả mãn điều kiện là: T
i
> t
X
+ t
h
Điều kiện này là khoảng cách ngắn nhất giữa 2 xung kích phải lớn hơn độ rộng xung t
X
và
thời gian t
h
. Thời gian (t
X
+ t
h
) gọi là thời gian phân cách t
f
.
Ta có :

T
i
> t
f
(với t
f
= t
X
+ t
h
)
1-3-7. Tình toán mạch.
- Tính điện trở chân C.
Khi mạch chạy ở chế độ bão hoà sẽ có;
U
C
= U
CC
0,2
V
.
I
C
= I
L
= 10mA. Và hệ số khuếch đại dòng: = 100.
Do vậy (R
C
) đợc tính theo công thức;

=

===

K
Ic
UUcc
RRR
CE
CCC 98,0
10.10
2,010
3
21
.
(Chọn trị số chuẩn cho R
C
= 1K).
- Tính điện trở phân cực R
B.
.
Để cho Transistor dẫn bão hoà, thờng chọn hệ số bão hoà sâu là: K = 3.
Ta có;
mA
Ic
kIB 3,0
100
10.10
3

3
===


Nên điện trở R
B
đợc tính với điện áp phân cực bão hoà là: U
BE
= 0,8
V
.
11
U
C1
U
C2
t
X
t
tt
h
Hình - 11. Thời gian hồi phục xung
Thiết kế mạch điện tử


=

===

K

I
UUcc
RRR
B
BE
BBB 31
10.3,0
8,010
3
21
Chọn trị số tiêu chuẩn là: R
B
= 33K.
- Tính trị số tụ C.
Vì chu kỳ dao động của mạch là; T 1,4. R
B
. C.
Nên áp dụng công thức:
CRT
f
B 4,1
11
==
Suy ra:
fR
C
B 4,1
1
=
Để tính trị số của tụ C, thì phải tìm tần số dao động không đổi - trung nhất trong dải tần từ

1KHz ữ 10KHz của mạch tạo xung vuông một cực tính. Do vậy ta phải tính tần số trung bình của
dải tần. Tần số trung bình là:
Ta có;
f
Min
= 1KHz = 1000Hz.
f
Max
= 10KHz= 10000Hz.
Nên suy ra:
.5,55500
2
100001000
2
KHzHz
fMaxfMin
ftb ==
+
=
+
=
Do vậy ta có:
.0039,0
10.5,5.33.4,1
1
10.5,5.10.33.4,1
1
4,1
1
633

F
fR
C
B
à
====
Lấy số làm tròn của tụ điện là;
C = 0,004àF.
- Tính trị số biến trở VR.
Theo yêu cầu đồ án dải tần ở đầu ra của mạch là từ (1KHz ữ 10KHz), thì biến trở sẽ làm
việc ở mức Min với tần số ra là 1KHz và ở mức Max với tần số ra là10KHz. Mà trị số R
B
lại tỉ lệ
nghịch với tần số (f ) nên ta có hai trờng hợp là:
+) Tần số là f
Min
khi R
B Max
.
+) Tần số là f
Max
khi R
B Min
.
Do đó ta có:
.18018,0
10.004,0.1000.4,1
1
4,1
1

6
====

K
Cf
R
Min
BMax
.2002,0
10.004,0.10000.4,1
1
4,1
1
6
====

K
Cf
R
Max
BMin
Nên suy ra: VR = R
B Max
- R
B Min
= 180 - 20 = 160.
12
Thiết kế mạch điện tử
- Biên độ xung ra.
ở trạng thái ổn định, T

1
bão hoà - T
2
ngng, ta có;

U
C1
= U
CE
0,2
V
và U
C2
U
CC
ở trạng thái tạo xung, T
1
ngng - T
2
bão hoà, ta có;
.7,9
10.3310.1
10.33
.10.
33
3
21
2
1
V

BC
B
CCC
RR
R
UU =
+
=
+


(do mạch phân áp)
và U
C2
= U
CE
= 0.2
V
Nh vậy, biên độ xung vuông dơng do T
1
tạo ra là;
U
01
= 9,7
V
- 0,2
V
= 9,5
V
9,7

V
.
Biên độ xung vuông âm do T
2
cho ra là;
U
02
= 10
V
- 0,2
V
= 9,8
V
10
V
.
1-3-7. Sơ đồ nguyên lý đầy đủ.
13
+U
CC
=10
V






R
C1

1K
R
B 2
=33K
R
B 1
33K
T
1
T
2
C
i
U
I
= 0
V
-U
BB
C=.004àF
- +
R
B0
Hình - 8. Mạch tạo xung vuông 1 cực tính đầy đủ
R
C2
1K
VR
160

B B
C
C
E E
Thiết kế mạch điện tử
Phần II - Mạch số
Mạch đo điện áp và dòng điện
II-1. Sơ đồ khối.
II-1-1. Chức năng của các khối
Mã hoá: làm nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu đầu vào từ tơng tự thành tín hiệu số.
Giải mã: giải mã tín hiệu số thành mã hiển thị trên đầu ra
Hiển thị: đa ra kết quả của phép đo và đợc hiển thị trên bảng LED 7 thanh
II-1-1-1. Mã hoá.
Ngày nay việc gia công, truyền đạt tín hiệu cũng nh quá trình điều khiển và chỉ thị phần lớn
đợc thực hiện theo phơng pháp số. Trong khi đó tín hiệu tự nhiên lại biến thiên theo thời gian nghĩa
là tín hiệu tự nhiên có dạng tơng tự. Để phối ghép giữa nguồn tín hiệu tơng tự với các hệ thống sử
lý số, ngời ta dùng các mạch chuyển đổi nh;
Tơng tự - Số (ADC - Analog Digital Converter).
hay Số - Tơng tự (DAC - Digital Analog Conveter) .
Nhằm biến đổi tín hiệu tơng tự sang dạng số hoặc trong trờng hợp cần thiết đổi tín hiệu số
sang dạng tơng tự. Quá trình biến đổi một tín hiệu tơng tự sang dạng số đợc minh hoạ bởi đạc tính
truyền đạt trên (hình-1). Tín hiệu tơng tự U
A
đợc chuyển thành một tín hiệu có dạng bậc thang đều.
Với đặc tính truyền đạt nh vậy, một phạm vi giá trị của U
A
đợc biểu diễn bởi một giá trị đại diện số
thích hợp. Các giá trị đại diện số là các giá trị rời rạc (Hình-1).
14
Mã

hoá
Nguồn
cung cấp
Hiển
thị
Giải
mã
Tín hiệu
ra của mạch đo
Thiết kế mạch điện tử
Có nhiều cách biểu diễn giá trị rời rạc đó. Cách biểu diễn theo hệ thập phân thờng dùng để
chỉ thị số đo. Trờng hợp, sau mạch biến đổi AD là các thiết bị số, thì thờng dùng hệ đếm cơ số 2
(mã nhị phân) để biểu diễn tín hiệu số nh trên.
Một cách tổng quát, gọi tín hiệu tơng tự là S
A
(U
A
), tín hiệu số là S
D
(U
D
), S
D
đợc biểu diễn
dói mã nhị phân nh sau:
S
D
= b
n-1
. 2

n-1
+ b
n-2
. n
n-2
+ + b
0
. 2
0
.
Trong đó;
+b
K
= 0 hoặc 1 (với k = 0 đến k = n-1); đợc gọi là Bit.
+b
n-1
; đợc gọi là Bit, có nghĩa lớn nhất (MSB - most significat bit), tơng ứng với cột đứng
đầu bên trái của dãy mã số. Mỗi biến đổi giá trị của MSB ứng với sự biến đổi của tín hiệu là nửa
dài làm việc.
+b
0
; gọi là Bit, có nghĩa nhỏ nhất (LSB - least significat bit), tơng ứng với cột đứng đầu bên
phải của dãy mã số. Mỗi biến đổi của tín hiệu là một mức lợng tử (1 nấc của hình bậc thang).
Với một mạch biến đổi có N bit, tức N số hạng trong dãy mã nhị phân (ví dụ hình-1. N=3)
thì mỗi nấc trên hình bậc thang chiếm một giá trị:
12
==
N
Am
LSB

U
UQ
(2.1)
Trong đó:
U
Am
; là giá trị cực đại cho phép của điện áp tơng tự ở đầu vào ADC.
Giá trị của U
LSB
hoặc Q gọi là nức lợng tử.
Do tín hiệu số là tín hiệu rời rạc, nên trong quá trình chuyển đổi AD xuất hiện một sai số
gọi là sai số lợng tử hoá, đợc xác định nh sau:
QUQ
2
1
=
(2.2)
Khi chuyển đổi AD phải thực hiện việc lấy mẫu tín hiệu tơng tự. Để đảm bảo khôi phục tín
hiệu một cách trung thực, tần số lấy mẫu (f
M
) phải thoả mãn điều kiện sau:
BfF thMaxM 22
(2.3)
Trong đó:
15
' ' ' ' ' '
'
1 2 3 4 5 6
7
111-

110 -
101 -
100 -
011 -
010 -
001 -
000 -
U
LSB
U
Amax
U
D
U
A
U
Q
Q
Hình -1. Đặc tuyến truyền đạt của mạch biến đổi t_ơng tự - số.
với U
A
: điện áp vào, U
D
: điện áp ra số.
Thiết kế mạch điện tử
F
thMax
; là tần số cực đại của tín hiệu.
B; là dải tần số của tín hiệu.
Theo quy định lấy mẫu, nếu điều kiện (2.3) thoả mãn thì không có sự trùng lặp giữa phổ cơ

bản (phổ tín hiệu vào) và các thành phần phổ khác sinh ra do quá trình lấy mẫu (các thành phần
này phân bố về hai phía của (f
M
) và về hai phía của bội số của (f
M
) và cách chúng một khoảng đúng
bằng dải tần B của tín hiệu).
Theo thuyết lợng tử hoá, trong quá trình lợng tử hoá sinh ra tạp âm, tạp âm này thể hiện khi
thực hiện phép biến đổi ngợc DAC. Do đó có thể coi quá trình lợng tử hoá âm X
ta
nào đó. Ngời ta
đã chứng minh đợc: trong phạm vi
22
Q
X
Q
A
tạp âm lợng tử hoá đợc coi là tạp âm trắng. Mật
độ công suất phổ của tạp âm lợng tử hoá S
ta
() đợc xác định theo biểu thức (2.4).
2
2
12
ta
ta U
Q
S ==
(2.4)
Trong đó :

Q; là giá trị của một mức lợng tử.
2
ta
U
; là giá trị trung bình-bình phơng của điện áp tạp âm.
Do đó công suất tạp âm trên điện trở R:
R
Q
PR
12
2
=
(2.5)
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm ứng với mức cực đại của điện áp tơng tự U
Am
đợc xác định nh sau:
).12(6lg20
2
lg20)( ==
N
ta
U
UAm
dB
N
S
(2.6)
Ngoài ra khi nghiên cứu đặc tính của bộ chuyển đổi AD, cần lu ý đến quan hệ giữa thời
gian xác lập T
X

và tần số giới hạn f
g
của hệ thống:
g
X
f
T
2
1
=
16
X
ta
X
A
X
D
Hình-2. Sơ đồ t_ơng đ_ơng tĩnh của mạch l_ợng tử hoá
Thiết kế mạch điện tử
a. Các tham số cơ bản.
Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tơng tự ở đầu vào là khoảng điện áp mà bộ chuyển đổi
AD có thể thực hiện chuyển đổi đợc.
Khoảng điện áp đó có thể lấy trị số từ 0 đến một vị số dơng hoặc âm nào đó hay cũng có thể
là điện áp hai cực tính từ; -U
Am
ữ +U
Am
.
Độ chính xác của bộ chuyển đổi AD. Tham số đầu tiên đặc trng cho độ chính xác của một
ADC là độ phân biệt. Ta biết rằng trên một bộ chuyển đổi ADC là các giá trị số đợc sắp xếp theo

quy luật của một loại mã nào đó. Các số hạng của mã số ở đầu ra (số bit trong mã nhị phân) tơng
ứng với dải biến đổi của điện áp vào, cho biết mức chính xác của phép chuyển đổi.
Liên quan đến độ chính xác của ADC còn có những tham số khác. Đờng đặc tuyến truyền
đạt lý tởng của ADC là một bậc thang để có độ trung bình bằng 1. Đờng đặc tính thực có sai số
lệch không, nghĩa là nó không bắt đầu ứng với giá trị của 1/2 LSB. Nó là hình bậc thang không đều
do ảnh hởng của sai số khuếch đại, của méo phi tuyến và sai số đơn điệu.

Trong đó sai số khuếch đại là sai số giữa độ dốc trung bình của đờng đặc tuyến thực với độ
dốc trung bình của đờng đặc tuyến lý tởng. Sai số phi tuyến đợc đặc trng bởi sự thay đổi độ dốc
trung bình của đặc tuyến thực trong dải biến đổi của điện áp vào. Sai số này làm cho đờng đặc
tuyến chuyển đổi có dạng hình bậc thang không đều. Cuối cùng, sai số đơn điệu thực chất cũng do
tính phi tuyến của đờng đặc tuyến biến đổi gây ra, nhng đây là trờng hợp đặc biệt làm cho độ dốc
của đờng trung bình biến thiên không đơn điệu, thậm chí có thể dẫn đến mất một vài mã số.
Tóm lại, đặc trng cho tính chính xác của ADC có nhiều tham số nh; số bit, méo phi tuyến,
sai số khuếch đại và sai số đơn điệu. Cần chú ý rằng nếu ADC làm việc lý tởng vẫn tồn tại sai số.
Đó là sai số lợng tử hoá , đợc xác định theo biểu thức (2.2). Vì vậy sai số lợng tử hoá còn đợc gọi là
sai số lý tởng hoặc sai số hệ thống của ADC. Sai số thực của ADC gồm sai số lý tởng và những sai
số còn lại. Ngời ta quy ớc tổng sai số các sai số còn lại không vợt quá sai số lý tởng, sao cho một
ADC đợc thiết kế với độ chinh xác là (N+1) bit, thì đạt độ chính xác thực là N bit.
b. Tốc độ chuyển đổi.
Tốc độ chuyển đổi cho biết số kết quả chuyển đổi trong một giây, đợc gọi là tần số chuyển
đổi (f
C
). Cũng có thể dùng tham số thời gian chuyển đổi (T
C
) để đặc trng cho tốc độ chuyển đổi. T
C

là thời gian cần thiết cho một kết quả chuyển đổi.
17

111-
110 -
101 -
100 -
011 -
010 -
001 -
000 -
U
D
U
A
Hình -3. Đặc tuyến truyền đạt lý t_ởng và thực của mạch
chuyển đổi t_ơng tự - số (ADC).
Lý t_ởng Thực
méo phi
tuyến
Sai số
khuếch đại
Sai số đơn điệu
Sai số lệch không
LSB
2
1
Thiết kế mạch điện tử
Chú ý;
C
C
T
f

1
=
.
Thờng f
C
< 1/T
C
vì giữ các lần chuyển đổi còn có một khoảng thời gian cần thiết để cho
ADC hồi phục lại trạng thái ban đầu. Cần lu ý rằng, một số ADC có tốc độ chuyển đổi cao, tất
nhiên phải trả giá bằng độ chính xác giảm hoặc ngợc lại, nghĩa là yêu cầu về độ chính xác và tốc
độ chuyển đổi mâu thuẫn nhau. Tuỳ theo yêu cầu sử dụng, phải tìm cách dung hoà các yêu cầu đó
một cách hợp lý nhất.
Nguyên tắc làm việc của ADC đợc minh hoạ trên sơ đồ khối sau:
Trớc hết tín hiệu tơng tự đợc đa đến một mạch lấy mẫu, mạch này có hai nhiệm vụ.
- lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại những thời điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc tín hiệu về mặt
thời gian).
- Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển tiếp theo
(nghĩa là quá trình lợng tử hoá và mã hoá).
Tín hiệu mạch ra lấy mẫu đợc đa đến mạch tơng tự hoá để thực hiện làm tròn với độ chính xác là;
2
Q

( thep biểu thức 2.2). Mạch lợng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạc hoá tín hiệu tơng tự về mặt biên
độ. Nh vậy nhờ quá trình lợng tử hoá một tín hiệu tơng tự bất kỳ đợc biểu diễn bởi một số nguyên
lần mức lợng tử, nghĩa là:
Q
XAi
Q
XAi
Q

XAi
ZDi

== .int
(2.8)
18
Mạch
lấy mẫu
ADC
L_ợng
tử hoá
Mã
hoá
U
A
U
M
U
D
Hình-4. Nguyên tắc làm việc của DAC
Hình -5. Đồ thị thời gian của điện áp vào và điện áp ra mạch lấy mẫu
t
U
A
0
U
D
U
M
U

Mto
t
0
t
1
t
2
t
5
t
6
t
7
t
3
t
4
Thiết kế mạch điện tử
Trong đó;
Z
Di
- là tín hiệu ở thời điểm i.
X
Ai
- là tín hiệu tơng tự tại thời điểm i.
Q - là mức lợng tử.
X
Ai
- số d trong phép lợng tử hoá.
Int (integer) - phần nguyên.

Trong phép chia nhỏ biểu thức (2.8) chỉ lấy phần nguyên của kết quả, phần d còn lại không
chia hết cho (Q) chính là sai số lợng tử hoá. Vậy quá trình lợng tử thực chất là quá trình làm tròn
số. Lợng tử hoá đợc thực hiện theo nguyên tắc so sánh. Tín hiệu cần chuyển đổi đợc so sánh với
một loạt các đơn vị chuẩn Q.
Sau mạch lợng tử hoá là mạch mã hoá. Trong mạch mã hoá, kết quả lợng tử hoá đợc sắp
xếp lại theo một quy luật nhất định, phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra của bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại ADC, quá trình lợng tử hoá và mã hoá xẩy ra đồng thời, lúc đó không thể
tách rời hai quá trình đó.
phép lợng tử hoá và phép mã hoá đợc gọi chung là phép biến đổi AD.
c. Các ph ơng pháp chuyển đổi T ơng tự - Số.
Có nhiều cách phân loại các ADC. Cách phân loại hay dùng hơn cả là phân loại theo quá
trình chuyển đổi về mặt thời gian. Nó cho phép phán đoán một cách tổng quát tốc độ chuyển đổi.
Theo cách phân loại này ngời ta phân biệt 4 phơng pháp chuyển đổi sau đây:
- Biến đổi song song; Trong phơng pháp này tín hiệu đợc so sánh cùng một lúc với
nhiều giá trị chuẩn. Do đó tất cả các bit đợc xác định đồng thời và đa đến đầu ra.
- Biến đổi nối tiếp kiểu mã; ở đây quá trình so sánh đợc thực hiện lần lợt từng bớc theo
quy luật của mã hoá. Kết quả chuyển đổi đợc xác định bằng cách đếm số lợng giá trị chuẩn có thể
chứa đợc trong giá trị tín hiệu tơng tự cần chuyển đổi.
- Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân; Quá trình so sánh đợc thực hiện lần lợt teo quy
luật mã nhị phân. Các đơi vị chuẩn dùng để so sánh lấy các giá trị giảm dần theo quy luật mã nhị
phân, do đó các bit đợc xác định lần lợt từ bit có nghĩa lớn nhất (MSB) đến bit có nghĩa nhỏ nhất
(LSB).
- Biến đổi song song - nối tiếp kết hợp; Trong phơng pháp này, qua mỗi bớc so sánh có
thể xác định đợc tối thiểu là 2 bit đồng thời.
Các mạch thực tế làm việc theo nhiều phơng pháp khác nhau, nhng đều có thể xếp vào 1
trong 4 loại trên.
II-1-1-2. Giải mã.
Để tín hiệu số có thể hiển thị đợc cần phải giải mã tín hiệu số đã mã hoá đợc có thể hiển thị
trên hệ thống hiển thị LED 7 thanh, cần phải giải mã đầu ra phù hợp với bộ hiển thị.
Tín hiệu giải mã sue dụng bộ giải mã từ mã BCD sang sử dụng LED 7 thanh có Anot chung.

19
Thiết kế mạch điện tử
Bảng giải mã BCD sang LED 7 thanh:
Đầu vào giải mã
Mã
thập
phân
Đầu ra hiển thị
D C B A a b c d e f G
0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0
0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0
0 0 1 0 2 1 1 0 1 1 0 1
0 0 1 1 3 1 1 1 1 0 0 1
0 1 0 0 4 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 5 1 0 1 1 0 1 1
0 1 1 0 6 0 0 1 1 1 1 1
0 1 1 1 7 1 1 1 0 0 0 0
1 0 0 0 8 1 1 1 1 1 0 1
1 0 0 1 9 1 1 1 0 0 1 1
II-1-1-3. Hiển thị.
Sử dụng LED 7 thanh.
A, b, c, d, e, f, g; là các thanh của LED 7 thanh sử dụng Anot chung. Sử dụng mức điện áp
cao khi các thanh hiển thị.
II-1-1-4. Nguồn điện.
Sử dụng nguồn điện một chiều 5
V
ổn định duy nhất.
20
a
b

c
d
e
f
g
Hình - 6. LED 7 thanh.
Thiết kế mạch điện tử
II-2. lựa chọn linh kiện.
Kết hợp các u điểm của các phơng pháp trên ngời ta chế tạo ra IC 7107 có khả năng mã hoá
thông tin, giải mã và đa thẳng đến màn hình hiển thị.
IC 7107 là các IC có tính hiệu quả cao và sử dụng nguồn thấp, là bộ chuyển đổi bao gồm cả
giải mã 7 thanh hiển thị, 1 tham chiếu, 1 đồng hồ IC 7107 nối trực tiếp tới màn hình hiển thị thông
qua đờng truyền.
IC 7107 mang 1 bộ kết nối với độ chính xác cao, đa dạng và tiết kiệm. Nó có đặc điểm là tự
động trở về 0 khi nguồn nuôi ít hơn 10àV (không trôi nhỏ hơn 1àV/
0
C, dòng vào khử méo là
10
0
A (Max) và lỗi cùng nhấn nhỏ hơn 1 lần đếm. Đầu vào khác dùng 1 con trỏ đợc sử dụng trong
tất cả các hệ thống. Nhng khi đo các chân IC, có thể bị tổn hại và các loại tổn hại cần khác. Cuối
cùng là tính kinh tế thực sự của nguồn nuôi 1 chiều là cung cấp nguồn nuôi cho sự hoạt động có thể
có hiệu quả cao, mạch đồng hồ đo có thể đợc xây dựng với sự tham gia của 10 thành phần thiết bị
và hiển thị.
21
V+ 1-
D1 2-
C1 3-
B1 4-
A1 5-

F1 6-
G1 7-
E1 8-
D2 9-
C2 10-
B2 11-
A2 12-
F2 13-
E2 14-
D3 15-
B3 16-
F3 17-
E3 18-
AB4 19-
POL 20-
-40 OSC1
-39 OSC2
-38 OSC3
-37 TEST
-36 REF HI
-35 REF LO
-34 C
REF+

-33 C
REF-
-32 Common
-31 IN HI
-30 IN LO
-29 A-

-28 Buff
-27 INT
-26 V-
-25 G2(10s)
-24 C3
-23 A3
-22 G3
-21 BP/GND
-40 V+
-39 D1
-38 C1
-37 B1
-36 A1
-35 F1
-34 G1
-33 E1
-32 D2
-31 C2
-30 B2
-29 A2
-28 F2
-27 E2
-26 D3
-25 B3
-24 F3
-23 E3
-22 (1000)AB4
-21 POL
OSC1 1-
OSC2 2-

OSC3 3-
TEST 4-
REF HI 5-
REF LO 6-
C
REF+
7-
C
REF-
8-
Common 9-
IN HI 10-
IN LO 11-
A- 12-
Buff 13-
INT 14-
V- 15-
G2(10s) 16-
C3 17-
A3 18-
G3 19-
BP/GND 20-
ICL-7106, ICL-7107 (PDIL)
TOPVIEW
ICL-7107R (PDIL)
TOPVIEW
(1000)
(Minus) (Minus)
(1s)
(10s)

(100s)
(100s)
(1s)
(10s)
(100s)
(100s)
Hình - 7. IC 7107 và vị trí các chân
Thiết kế mạch điện tử
Các thông số cơ bản;
Nguồn cung cấp:
V+ tới GND; 6
V
.
V- tới GND; -9
V
.
Điện áp vào tơng tự: V+ tới V
Điện áp vào con trỏ: V+ tới V
Điều kiện hoạt động: Phạm vi t
0
từ 0
0
C tới 70
0
C.
Tham số Điều kiện kiểm tra Min Ty Max Đơn vị
Đọc đầu vào V
in
= 0,0
V

toàn thang 200mV 000,0
000,0
+000,0 Đọc số
Sai số nhấn
-V
in
= +V
in
= 200mV đọc hiệu cho
bằng điện áp đờng và âm đầu vào
gần nh toàn thang đo
-
0,2 1
Lần tính
Tuyến tính Toàn thang = 200mV, hoặc toàn
thang = 1Vmax sự lệch từ đờng
thẳng nhất.
-
0,2 1
Lần tính
Tỉ số loại trừ chung V
CM
= 1V, V
in
= 0V,
toàn thang = 200mV. - 50 -
àV/V
Nhiễu V
in
= 0V, toàn thang = 200mV - 15 -

àV
Dòng điện dò đầu
vào
V
in
= 0V - 1 10 pA
Đọc về không V
in
=0,0
0
C tới 70
0
C - 0,2 1
àV/
0
C
Số nhân t
0
hệ số gộp V
in
= 199mV, 0
0
C tới 70
0
C - 1 5 Ppm/
0
Đặc tính nguồn cung
cấp kết thúc V+,
dòng điện cung cấp
V

in
= 0 - 1,0 1,8 mA
Điện áp chung tơng
tự chân chung
25K giữa nguồn dơng và nguồn
chung
2,4 3,0 3,7 V
Số nhân t
0
của tơng tự
chung
25K giữa chân chung và nguồn
dơng
- 80 - Ppm/
0
C
Bản rút gọn thông tin thiết kế.
Tần số dao động: f
OSC
= 0,45/RC ; C
OSC
= 50pF ; R
OSC
> 50K ; F
OSC
(Eyp) = 48Hz.
Chu kỳ dao động:
45,0
RC
fosc =

Tần số đồng hồ tích hợp:
osc
clock
f
f
4
.1000=

Tiêu chuẩn loại trừ 60/ 50Hz:
const
t
T
Hz
=
60
int
hoặc
const
t
t
Hz
=
60
int
.
Dòng điện tích hợp tối u: I
int
= 4àA.
Điện áp vào tơng tự toàn thang đo: V

INFS
(Typ) = 200mV hoặc 2V.
Điện trở tích hợp:
int
int
I
V
F
inFS
=
.
Tụ điện tích hợp:
( ) ( )
int
intint
int
.
V
It
C =
.
22
Thiết kế mạch điện tử
Điện áp động đầu ra bộ tích hợp:
( ) ( )
int
intint
int
.
C

It
V =
.
V
INT
động cực đại: (V- +0,5
V
) < V
INT
< (V+ -0,5
V
) V
INT
(Typ) = 2V.
Hiển thị tính toán:
REF
IN
V
V
Count .1000=
.
Chu kỳ biến đổi: t
CYC
= t
Qlock
. 4000;
t
CYC
= t
OSC

. 16000.
Khi f
OSC
= 48KHz, t
CYC
= 333ms.
Điện áp vào kiểu chung: (V- +1
V
) < V
IN
< (V+ -0,5
V
).
Tụ điện tự động Zero: 0,01àF < C
REF
< 1àF.
V
COM
+ thiên áp V
i
và V-; -V
COM
V+ -2,8
V
. khoảng điều chỉnh mất khi V+ tới V- < 6,8
V
.
Nếu V
COM
đợc kéo xuống ngoài (V+ tới V-)/ 2V

COM
thì mạch sẽ tắt.
Nguồn cung cấp là: V+ = +5
V
tới GND- và V- = -5
V
tới GND
Mô tả chi tiết.
- Khâu tơng tự.
(Hình -8) cho biết khâu tơng tự của IC 7107 là (1) tự động Zero (A-Z) (2) tích hợp
tín hiệu (INT) và (3) để tích hợp (DE).
+ Pha tự động Zero.
Trong suốt quá trình 3 thứ tự - tự động Zero xảy ra. Trớc tiên đầu vào ở mức cao và
thấp đợc làm gián đoạn các chân và ngắn mạch bên trong để đa tới tơng tự chung. Thứ 2, tụ
điện con trỏ đợc nạp tới điện áp con trỏ, thứ 3 một vòng lặp hồi tiếp dơng đợc đóng quanh
hệ thống để nạp điện cho tụ điện tự động Zero caz. Để bù cho điện áp lệch trong bộ khuếch
đại đệm, bộ tích hợp và bộ so sánh. Từ khi nạp điện vào bộ so sánh (bao gồm cả vòng lặp
bên trong và độ chính xác của bộ A-Z) đợc giới hạn chỉ bằng tiếng ồn của hệ thống. Trong
bất cứ trờng hợp nào, độ lệch đợc đề cập tới đầu vào là thấp hơn 10àV.
+ Pha tích hợp tín hiệu.
Trong khi tích hợp tín hiệu, bộ lặp tự động Zero đợc mở ra với khoảng thời gian
ngắn trong mạch, để di chuyển tới đầu vào ở giữa các mức cao và thấp rồi kết nối tới các
chân bên ngoài. Bộ đảo sau tích hợp điện áp vi sai giữa IN HI và IN LO cho một thời gian
cố định. Điện áp vi sai này có thể ở bên trong một phạm vi dải rộng lên tới 1
V
từ nguồn
cung cấp khác. Nếu từ một nguồn cung cấp khác, tín hiệu đầu vào không quay trở lại với bộ
đảo nguồn để giữ lại sự ổn định thì IN LO có thể đợc đa tới tơng tự chung để tạo thành kiểu
điện áp chung chuẩn. Cuối cùng pha này của mạch tích hợp tín hiệu đợc thiết lập.
+ Giải tích hợp.

Pha cuối cùng là giải tích hợp hoặc tích hợp chính xác, đầu vào thấp là bên trong đ-
ợc kết nối tơng tự chung (Common) và đầu vào cao đợc nối ngang qua tụ điện để nạp điện
chính xác trớc. Mạch điện ổn định chíp và tụ điện chắc chắn đó, sẽ đợc nối với cực chuẩn
để tạo nên bộ tích hợp đầu ra và để trở lại tới Zero. Thời gian yêu cầu cho đầu ra trở lại
Zero là tỉ lệ với tín hiệu đầu ra.
Đặc biệt đọc ddợc trên hiển thị là tính toán hiển thị =






REF
IN
V
V
.1000
.
+ Đầu vào vi sai.
Đầu vào có thể chấp nhận điện áp vi sai ở bất cứ chỗ nào bên trong phạm vi kiểu
chung của bộ khuếch đại đầu vào, hoặc đặc biệt từ khoảng dới 0,5
V
nguồn dơng lên đến trên
1
V
nguồn âm cung cấp.
+ Độ chính xác vi sai.
23
Thiết kế mạch điện tử
Điện áp chính xác cung cấp cho bộ đảo, có thể đợc phát ra ở bất cứ chỗ nào với sự

ổn định điện áp. Nguồn điện áp kiểu chung là một điện áp sai lệch do sự mất chính xác khi
tụ điện phóng nạp, điện dung giữa các cực của nó tạp tán hay độ gơn sóng.
- Tơng tự Common.
Chân này để thiết lập điện áp kiểu chung cho Pin hoạt động hoặc cung cấp nguồn với sự ổn
định cao cho các hệ thống có tín hiệu tự do ở đầu vào. Chân Common thiết lập điện áp khoảng 2,8
V
,
điện áp này đợc lựa chọn ở mức thấp nhất trong điện áp khoảng 6
V
của Pin cung cấp. Tuy nhiên
chân tơng tự Common có một vài thuộc tính của điện áp chính xác, khi toàn bộ điện áp cung cấp đủ
lớn để gây nên hiệu ứng Zener (>7
V
), điện áp ở chân Common đợc nhân lên khoảng 0,001
V
và trở
kháng ở đầu ra thấp (15K), với hệ số S là hệ số nhân nhiệt độ nhỏ hơn 90ppm/ X
0
C.
24
Hình - 8. Khâu chuyển đổi t_ơng tự cho IC 7107.






2,8
V
6,2

V
R
INT
C
INT
REF HI

REF LO
Đầu
vào
cao
V-
-
+
-
+
-
+
-
+
N
INT
A-Z và DE()
DE+
DE+
DE-
DE-
A-ZA-Z
A-Z
A-Z

INT
INT
Đầu
vào
thấp
Vào
chung
30
31
34
36 35 33 28 29 27
Tới bộ
phận xử
lý số
10àA
V+
C
C
A-Z
C
REF

ThiÕt kÕ m¹ch ®iÖn tö
25
V
IN
R10=1KΩ
C8=100n
C7=100n
GND
V
IN
V
OUT
C6
470n
U2
LM 7805/ To
3 2

1 T1
D2
D1
C9
10µF
R11=330KΩ
D3=5.1V
C2=47pF
R5=180k
C3
100n
C4=47n
C5
47n
C1=10n
P1
2,2k
R3
22k
×
R7=1MΩ
R8-R
IN-Hi
IN-Lo
Common
REF-Lo
REF-Hi
Test
BUFF
A-Z

INT
CREF+
CREF-
OSC1
OSC2
OSC3
V+V-
G1
F1
E1
D1
C1
B1
A1
G2
F2
E2
D2
C2
B2
A2
G3
F3
E3
D3
C3
B3
A3
AB 4
POL

BP
21
20
19
23
16
24
15
18
17
22
12
11
10
9
14
13
25
5
4
3
2
8
6
7
31
30
32
36
37

28
29
27
34
33
40
35
39
38
U1
ICL7107
DP
G
F
E
D
C
B
A
DP
G
F
E
D
C
B
A
DP
G
F

E
D
C
B
A
DP
G
F
E
D
C
B
A
8
7
6
5
4
3
2
1
8
7
6
5
4
3
2
1
8

7
6
5
4
3
2
1
8
7
6
5
4
3
2
1
9-A1
9-A2
9-A3
9-A4
CC
CC
CC
CC
H L
°
°
°
°
R9
680

▫
▫
▫
▫
▫
•
•
•
• •
• •
• •
•
•
•
•
•
•
•
• •
•
•
•
• ••
•
•
•
1
3
2
4

1
2
3
1
2
3
H×nh - 9. S¬ ®å nguyªn lý ®Çy ®ñ m¹ch ®ång hå
sè ®o ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn