4 3 9 thiết kế và thi công mô hình máy đo tần số

Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
MÁY ĐO TẦN SỐ HIỂN THỊ SỐ DÙNG TRONG
GIẢNG DẠY

SINH VIÊN THỰC HIỆN:

NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
LỚP:
95 KĐĐ
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:CÔ VŨ BẢO TUYÊN

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

1


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA : ĐIỆN
BỘ MÔN : ĐIỆN TỬ
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Giáo viên hướng dẫn : cô VŨ BẢO TUYÊN
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

2

Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

........................................................................................................................
........................................................................................................................
.......................................................................................................................
........................................................................................................................
...............................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
.......................................................................................................................
........................................................................................................................
...............................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

3

Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA : ĐIỆN
BỘ MÔN : ĐIỆN TỬ
NHẬN XÉT LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Giáo viên xét duyệt:
Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VĂN KHÁNH
NGUYỄN MINH TỨ
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

4


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

.......................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
.......................................................................................................................
........................................................................................................................
...............................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
.......................................................................................................................
........................................................................................................................
...............................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
.......................................................................................................................
GIÁO VIÊN XÉT DUYỆT

MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
I./ Mục đích của đề tài:
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

5


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

Đề tài mơ hình máy đo tần số được ứng dụng làm đồ dùng dạy học cho môn
học đo lường điện. Thiết bị đo tần số có nhiều loại và nhiều phương pháp đo như máy
đo tần số chỉ thị kim, máy đo tần số chỉ thị rung, máy đo tần số chỉ thị số.v.v…
Trong luận văn tốt nghiệp, chúng em tìm hiểu mạch điện và thi công máy đo
tần số chỉ thị số dưới dạng mơ hình dùng trong giảng dạy. Mơ hình này sử dụng các
linh kiện vi mạch số nhằm giới thiệu cho người hiểu thêm ứng dụng cuả vi mạch số
trong các thiết bị đo lường điện. Mô hình máy đo tần số chỉ thị số sau khi thi công được
dùng cho việc giảng dạy và học tập cuả sinh viên trường đại học sư phạm kỹ thuật
trong môn học đo lường điện.

II./ Giới hạn đề tài:
Các thiết bị đo lường điện dùng các kỹ thuật số rất đa dạng và nhiều chức năng
nhưng do thời gian hạn chế nên chỉ thực hiện những điều cơ bản: tìm hiểu về các loại
máy đo tần số, cấu trúc và nguyên lý hoạt động cuả vi mạch số. Sau cùng là thiết kế, thi
công mạch đo tần số dùng vi mạch số cơ bản. Giới hạn tần số làm việc cuả máy trong
khoảng tần số 2 HZ đến 20 KHZ, biên độ tín hiệu cần đo cao nhất có thể đáp ứng được
là 15 V và thấp nhất là 100mV. Nguồn điện cung cấp cho máy là 220 V.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

6

Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

MỤC LỤC
Lường Điện
I.
II.

Tần Số

Lời nói đầu
Chương I : Tổng Quan Về Đo

Sai số và cấp chính xác
Các loại thiết bị đo tần số
Chương II : Cơ Sở Lý Luận
III. Giới thiệu về vi mạch số
IV. Các mạch taọ dao động
V.
Cấu tạo mạch đếm
VI. Mạch giải mã và hiển thị
VII. Giao tiếp công suất
Chương III : Thiết Kế Mạch Đếm
I.
II.
III.

Sơ đồ khối toàn mạch

Mạch dao động chuẩn
Mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào và mạch khống
chế thời gian đếm trong 1 giây
IV. Mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào
V.
Mạch đếm và giải mã
VI. Mạch hiển thị
VII. Mạch nguồn
Chương IV : Thi Cơng
I. Hình dạng mơ hình
II. Sơ đồ ngun lý
1. Mạch ngõ vào
2. Mạch dao động chuẩn
3. Mạch đếm và giải mã
4. Mạch hiển thị
III. Lắp ráp và cân chỉnh thiết bị
Chương VI: Kết Luận

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

7


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

Chương I

TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN

I/ SAI SỐ VÀ CẤP CHÍNH XÁC:
1/ Nguyên nhân sai số:
Mọi phép đo đều có sai số. Sai số do các nguyên nhân khác nhau gây ra
như dụng cụ đo, do điều kiện tiến hành phép đo và do người đo.
Dụng cụ đo được chế tạo với độ chính xác khác nhau và giá trị đọc được
từ dụng cụ đo.
Độ chính xác bản thân dụng cụ đo cịn phụ thuộc vào mơi trường. Mức độ
ảnh hưởng của môi trường đến kết quả đo tùy thuộc vào kết cấu cụ thể của dụng
cụ đo.
Người ta cũng đưa thêm một đại lượng sai số đáng kể vào kết quả đo. Sai
số do người đo, trước hết là sai số đọc đặc biệt khi phải suy với thang đo phi
tuyến. Khi kim chỉ nằm giữa hai độ khắc vạch người đọc cần phải phán đoán giá
trị gần đúng của kết quả đo. Sai số ngoại suy không quá 0,5 giá trị giữa hai vạch
khắc độ. Ngồi ra cịn phụ thuộc vào trình độ sử dụng dụng cụ đo, người đo còn
gây ra những sai số khác nữa. Nhưng sai số này có thể rất lớn, và ta gọi nó là
phép đo sai số, phải loại bỏ khi tính tốn.
2/ Phân loại sai số:
Người ta chia sai số ra làm 2 loại theo tính chất thống kê.
a/ Sai số hệ thống:
Là sai số có giá trị xác định trong những điều kiện xác định. Do đó ta có
thể biết trước được giá trị này và tính bù vào kết quả đo, tức là ta có thể bỏ sai số
hệ thống khỏi kết quả đo sau khi tính tốn.
b/ Sai số ngẫu nhiên:
Là sai số có giá trị ngẫu nhiên khi tiến hành các phép đo cùng điều kiện.
Để có được các kết quả đo chính xác ta dùng phương pháp thống kê, lấy
trung bình cộng các kết quả đo, với số phép đo rất lớn.
Cần nhớ rằng phép lấy trung bình cộng khơng thể loại bỏ sai số hệ thống.
Việc phân chia sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên cũng có tính chất
tương đối. Cùng một ngun nhân gây ra sai số, tùy thuộc vào điều kiện nghiên
cứu, lúc này có thể coi là sai số ngẫu nhiên, lúc khác có thể coi là sai số hệ

thống. Nói chung khi sai số được coi là sai số hệ thống nếu ta biết rõ nguyên
nhân và mức độ gây ra sai số của tác động ấy. Nếu ta chỉ quan tâm đến tính chất
thống kê của sai số, khơng khống chế nguyên nhân gây ra sai số, sai số sẽ có tính
chất ngẫu nhiên. Việc lấy trung bình cộng chỉ có thể loại được sai số ngẫu nhiên
nếu số lượng phép đo đủ lớn, sau cho tác động gây ra sai số ngẫu nhiên biến đổi
trong phạm vi lớn, sai số ngẫu nhiên có dạng phân bố chuẩn .
3/ Cấp chính xác của dụng cụ đo:
Cấp chính xác của một dụng cụ hay thiết bị đo là tỉ số tính theo phần trăm
giữa sai số lớn nhất cho phép trong điều kiện làm việc bình thường của thiết bị
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

8


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

đo với giá trị định mức của thiết bị đó. Do đó khi sử thiết bị đo lường chúng ta
cần quan tâm đến cấp chính xác của thiết bị đo được ghi trên máy hoặc trong sổ
tay kỹ thuật của thiết bị đo. Để từ cấp chính xác này chúng ta sẽ đánh giá được
sai số của kết quả đo. Ví dụ một vơn kế có ghi cấp chính xác là 1 nghĩa là giới
hạn sai số của nó cho tầm đo là 1%.
II/ CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐO TẦN SỐ:
1/ Tần số kim chỉ kiểu tỉ số kế điện động:

Hình II.1a
Tần số kim chỉ kiểu tỉ số điện động, cơ cấu đo là tỉ số điện động.
Cuộn tĩnh được mắc nối tiếp nối tụ điện C 1. Cuộn động 1 được mắc nối
tiếp với tụ C2, cuộn động 2 được mắc nối tiếp với điện cảm LF. Chọn giá trị điện

cảm L đủ lớn, và các tụ điện có giá trị đủ nhỏ để có thể bỏ qua ảnh hưởng của
điện trở bản thân các cuộn dây của tỉ số kế. Từ (H.II.1) ta thấy dòng I 1 sẽ cùng
pha với dòng It, còn I2 chậm pha 180o so với 2 dòng kia. Để loại bỏ gốc chậm
pha này, ta bảo đầu cuộc dây động 2 và lúc này cả 3 dòng điện qua dòng tĩnh và
hai cuộn động đồng pha, không phụ thuộc vào tần số nguồn.
Giá trị hiệu dụng các dịng điện qua các cuộn dây động được tính:

Như vậy gốc  chỉ của kim sẽ tương ứng với giá trị:

Với các giá trị L,C đã biết và không thay đổi ta xác định được giá trị tần
số nguồn theo chỉ số  của kim. Người ta khắc độ trực tiếp lên mặt độ số.
Để tăng độ nhạy trong phạm vi đo từ f 1 đến f2 tức là phạm vi cần đo của
tầng số kế ta thay L và C 2 bằng hai mạch cộng hưởng nối tiếp với tần số cộng
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

9


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

hưởng nhỏ hơn f1, vị trí C2 được thay bằng mạch cộng hưởng nối tiếp tầng số
cộng hưởng cao hơn f2.
Với mọi tần số trong khoảng f 1 đến f2, mạch cộng hưởng 1 ln có tính
chất điện cảm, cộng hưởng 2 ln có tính chất điện dung, với điều kiện pha
tương tự như khi mắc L và C2, nhưng với mạch cộng hưởng trở kháng ở lân cận
tần số cộng hưởng thay đổi rất nhanh theo tần số, vì vậy độ nhạy cao hơn.
2./ Tần số kim chỉ kiểu tỉ số từ điện:

Hình. II.2
Người ta có thể dùng cơ cấu đo là tỉ số kế từ điện để tạo tần số kế kim chỉ.
Nhưng tỉ số kế từ điện chỉ đo được dịng một chiều do đó ta phải dùng mạch
chỉnh lưu. Và vì đã dùng mạch chỉnh lưu nên ta khơng phải quan tâm đến pha
của các dịng điện nên mạch đo cũng đơn giản hơn. Cuộn động 1 được nối đến
đường chéo của cầu chỉnh lưu (I), cuộn động 2 được nối đến đường chéo cầu
chỉnh lưu (II). Dòng qua cuộn 1 là dòng chỉnh lưu của mạch chứa điện dung, còn
dòng qua cuộn 2 là dòng chỉnh lưu của mạch chứa điện trở. Bỏ qua trở kháng
vào của các cầu chỉnh lưu.
Ta có:

Tỉ số kế đo tỉ số dịng qua cuộn 1 và cuộn 2 chính là đo tỉ số giữa IR và IC

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

10


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

Như vậy ta có thể khắc độ tỉ số kế trực tiếp theo tần số. Để tăng độ nhạy,
ta có thể thay C bằng 1 mạch cộng hưởng nối tiếp, cộng hưởng ở tần số thấp hơn
hoặc cao hơn bằng tần số cần đo.
3/ Tần số kế kiểu rung:
Tần số kế kiểu rung dựa vào hiện tượng cộng hưởng cơ học. Nó cấu tạo
như hình (H.II.3). Gồm 1 nam châm điện (1), lõi làm bằng thép lá kỹ thuật điện,
thuộc loại sắt từ mềm. Nam châm điện hút giá đỡ (2) của bộ rung. Trên giá rung
gắn các lá rung (3), có tần số cộng hưởng riêng khác nhau. Nếu tần số nguồn đo

là 50Hz, ta chọn cả lá rung có tần số cộng hưởng riêng khoảng 88  100Hz cách
nhau 1 Hz.
Khi cấp nguồn có tần số cần đo cho cuộn dây nam châm điện, cuộn dây
hút giá đỡ bộ rung. Do dòng điện qua nam châm điện thay đổi theo thời gian, lực
hút của nam châm cũng thay đổi theo thời gian, tần số thay đổi của lực hút bằng
2 lần tần số nguồn điện, các lực rung bị rung theo. Lực hút thay đổi làm giá trị bị
rung theo, với tần số của lực hút, tức 2 lần tần số nguồn. Do tính chất cộng
hưởng lá rung, lá rung có tần số riêng bằng tần số của lực sẽ rung mạnh nhất.
Quan sát các bản rung, ta sẽ biết bản nào rung mạnh nhất, từ đó xác định tần số
của nguồn điện cần đo. Để tiện sử dụng người ta không khắc độ bản rung tần số
riêng mà theo tần số nguồn, tức nửa tần số rung.
4/ Tần số kế chỉ thị số:

Hình II.4:
Sơ đồ mạch chia tần số
Điện áp Ux có tần số fx cần đo được khuếch đại thành điện áp U 1, sau đó
đưa qua mạch tạo xung để sửa thành dạng xung vng cũng có tần số là f x (U2).
Xung này được đưa qua cổng logic trong khoảng thời gia T n để vào mạch đếm
xung (U6) kết quả xung được đếm đưa qua bộ hiển thị sẽ cho biết tần số tín hiệu
Ux .
=>

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

11


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

Với Tn là chu kỳ của xung chuẩn (U 4) và cũng là thời gian mở cổng logic.
Ở đây xung chuẩn (U4) do mạch dao động thạch anh tạo ra, vì tần số lớn (f o từ
100KHz  1MHz), nên sau khi sửa thành dạng xung vuông (U 3) cần cho qua
mạch chia tần số để thành U4 có tần số fn. xung chuẩn (U4) tác động vào Flip –
Flop theo nguyên lý kích thích bằng cạnh trước (ký hiệu FF) tạo ra xung mở
cổng (U5) trong thời gian Tn. Sai số của xung được đếm trong thời gian cổng mở
là 1 xung. Vì thế khi tần số f x cần đo thấp thì cần thay đổi thời gian mở cổng
Tn. Trong thực tế chu kỳ xung chuẩn (Tn) thường có các mức điều chỉnh 0,1s, 1s,
10s.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

12


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

CHƯƠNG II

CƠ SỞ LÝ LUẬN
I/ GIỚI THIỆU VỀ VIMẠCH SỐ:
1/Khái niệm về vi mạch số:
Mạch số (digital circuit) xử lý tín hiệu ở dạng xung. Các xung chỉ có thể ở
1 trong hai trạng thái, mức điện thế định trước gọi là mức thấp ví dụ (0V) và
mức cao (4V). Số mức điện thế có thể lớn hơn hai nhưng cũng có thể là một số
hữu hạn.
Hệ thống số gồm nhiều loại như hệ thống số thập phân, nhị phân, BCD,

Hexa, .v.v.. Nhưng hệ thống số nhị phân gồm1 và 0 thuận tiện cho việc xử lý bởi
các mạch điện tử, nhưng mạch không xử lý trực tiếp các con số mà xử lý các
dạng sóng. Ta biểu thị số nhị phân bằng bằng dạng sóng nhị phân chỉ có hai mức
điện thế, một mức biểu thị số 0 và một mức biểu thị số 1.
Hai mức điện thế này cách xa nhau đủ xa để mạch logic có thể phân biệt
được hai mức. Khi xử lý tín hiệu nhị phân các ngỏ vào và ra của bản thân các
mạch logic cũng phát hiện ở một trong hai mức điện thế đó.
Vi mạch số gồmcó hai loại: - Một loại thuộc họ TTL được cấu tạo từ các
transistor – Một loại thuộc họ CMOS được cấu tạo từ các transistor trường.
2/ Ưu điểm của vi mạch số:
– Ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu âm (noise).
– Dễ được chế tạo thành mạch tích hợp (IC) và trong thực tế đã có rất nhiều
mạch tích hợp số được sản xuất cho nhiều chức năng khác nhau.
– Thiết kế và phân tích mạch đơn giản hơn.
– Thuận tiện cho việc điều khiển tự động lưu trữ và xử lý dữ liệu (data), kết
hợp với các loại máy tính.
3/ Nhược điểm:
Tín hiệu được xử lý phải là dạng xung có hai mức logic rõ rệt. Vì vậy khi
xử lý tín hiệu tương tự cần phải có bộ chuyển đổi từ tương tự sang số.
4/ Phạm vi ứng dụng của vi mạch số:
Vi mạch số được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như quân sự, các dụng cụ
y tế, các loại máy móc trong sản xuất.
II/ CÁC MẠCH TẠO DAO ĐỘNG:
Mạch dao động tạo xung đóng vai trò quan trọng trong các mạch số.
Xung đồng bộ giúp cho các phần trong thiết bị làm việc theo thứ tự đồng bộ với
nhau, vì vậy xung đồng bộ khơng thể thiếu được. Mạch dao động có rất nhiều
dạng, dùng linh kiện rời hay linh kiện tích hợp.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

13


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

1/ Mạch dao động đa hài dùng cổng logic:

Hai cổng Nand (hay 2 cổng Not) mắc chéo như FlipFlop có hai trạng thái
bền nên không phải là mạch dao động (mạch không có trạng thái bền). Muốn
mạch dao động được ta phải gắn thêm tụ trên đường hồi tiếp. Các điện trở được
chọn để duy trì điện thế ở ngõ vào của cổng gần thềm logic nên khi tụ nạp điện
và xả điện, điện thế ở ngõ vào dao động trên dưới mức thềm logic khiến ngõ ra
dao động giữa hai mức logic 1 và 0.
Tần số dao động là:

Dạng sóng ra ở Q và đối pha nhau, mạch này không hoạt động ở tần số
thấp (dưới vài chục Hz) vì phải dùng tụ điện có điện dung lớn (trên vài chục F).
2/ Mạch dao động đa hài dùng cổng Nand:

Điện trở R1, R2 và biến trở R3 phân cực cho hai cổng Nand gần thềm
logic, các điện trở này phải nhỏ hơn điện trở ngõ vào của cổng, thường dưới
1K.
Nguyên lý hoạt động: Giả sử ngõ vào của N 1 vừa xuống ngưỡng mức thấp
(0V) để ngõ ra Q lên ngưỡng mức cao (1V). Sự thay đổi logic của tia được tụ C 2
nạp truyền về ngõ vào của N2 khiến cho ngõ ra xuống mức thấp (0V), và mức
logic này được tụ C1 chuyển về ngõ vào của N1, mạch được xem như đạt trạng
thái ổn định. Nhưng dòng điện trong N1 đổ ra ở ngõ vào nạp điện cho C1 khi C1
càng dương. Trong lúc đó tụ C2 xã điện qua R2 và R3 nên điện thế trên tụ càng

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

14


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

giảm dần. Nếu điều kiện điện trở như đã nói, tụ C 1 và C2 khơng khác nhau thì tụ
C2 xả điện nhanh hơn là C1 nạp điện, nên điện thế ở ngõ vào N2 nhanh chóng đạt
mức logic thấp làm ngõ ra lên mức cao (1), ngõ vào N1 cũng đạt đến ngưỡng
mức cao. Ngõ ra Q xuống mức thấp (0), sau đó tụ C 1 xả điện qua R1, R3 để đổi
trạng thái của mạch trở lại như trong quá trình C1 xả điện. Điện trở R3 nằm trên
đường xả điện của C1 và C2 có thể thay đổi giá trị để cho tần số mạch thay đổi.
Khi mạch đối xứng nghĩa là C1 = C2; R1 = R2, tần số ra của mạch là:

Để có tần số dao động thấp (vài Hezt) ta có thể dùng tụ lớn đến vài ngàn
F, nếu khơng cần dạng sóng ổn định cao về tần số giới hạn trên, tần số của
mạch khoảng 10MHz. Nếu sử dụng mạch logic CMOS có thể tạo được mạch
dao động có tần số thấp do tổng trở vào của CMOS rất lớn nên cho phép dùng
điện trở bên ngồi lớn.
Có nhiều IC tạo xung, là hai họ IC loại TTL và loại họ CMOS được chế
tạo sẵn và chỉ cần đưa thêm một vài linh kiện bên ngoài để xác định tần số như
555, 556, 4047, v.v… Phương pháp này đơn giản, rẻ tiền nhưng độ chính xác
không cao do phụ thuộc vào các phần tử xác định tần số ở bên ngoài.
3/ Phương pháp tạo dao động từ lưới điện nguồn:
Phương pháp này đơn giản và tiện sử dụng cho các mạch dùng nguồn cấp
điện xoay chiều của lưới điện và khơng địi hỏi về độ chính xác thật cao.

Biến áp T1 dùng để hạ mức điện áp lưới cho phù hợp với nguồn nuôi của
IC cổng. Nguyên lý của mạch lấy dao động của lưới điện là mạch sửa dạng sóng
từ dạng sóng sin sang dạng sóng vng có tần số là tần số của lưới điện.
4/ Mạch dao động dùng vi mạch tích hợp:
Mạch tích hợp 555 (NE555, NC555) được chế tạo lần đầu tiên, khoảng 15
năm trước đây và được sử dụng phổ biến. Khả năng cần dòng ra lớn (200mA)
hoạt động với 1 quãng điện thế rộng từ 4,5V đến 16V.
Độ ổn định nhiệt là 0,005% cho mỗi độ C mạch làm việc cho ra tần số
thay đổi được nhờ các linh kiện bên ngồi, độ ổn định của tần số khơng cao.
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

15


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

5./ Phương pháp dùng dao động thạch anh.
Thạch anh là một tinh thể có tính áp điện. Nếu ta đặt một điện thế giữa
hai đầu bản cực của thạch anh thì sẽ cho ra dao động cơ học và ngược lại cho tác
dụng lực cơ học thì xuất hiện điện thế ngõ ra ở hai bả cực.
Với tính chất đặc biệt này, thạch anh có nhiều ứng dụng trong lĩnh vực
điện tử. Ứng dụng quan trọng nhất là dùng thạch anh tạo dao động chuẩn. Nhưng
thạch anh hiện có trên thị trường có thể do tần số dao động rất cao từ hàng MHz
đến hàng trăm MHz với độ chính xác cao và giá thành tương đối thấp. Đây là
loại dao động rất được tin cậy để chọn làm dao động chuẩn.
Nhưng với mỗi mạch đòi hỏi tần số dao động chuẩn thật thấp (Hz  chục
Hz) nên sử dụng dao động thạch anh làm tần số chuẩn rồi chia xuống tần số yêu
cầu thì mạch sẽ trở nên phức tạp và tốn kém.

1k

1k
10MHZ

47P

22k

20P

40pF

III./ CẤU TẠO MẠCH ĐẾM:
Mạch đếm chiếm một vị trí khá quan trọng trong kỹ thuật điện tử nói
chung và trong các thiết bị nói riêng. Mạch đếm được xem như là một công cụ
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

16


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

đếm các xung điện để xuất ra kết quả đếm. Mạch đếm được sử dụng trong việc
điều khiển tự động trong dây chuyền đếm sản phẩm.
Khi nói đến mạch đếm, ta khơng thể không nghĩ đến mạch đếm tần số,
đây là ứng dụng quan trọng của mạch đếm tần số. Ta có thể dụa vào ba đặc điểm

sau để phân biệt các loại mạch đếm:
 Cách đưa tín hiệu vào các Flip-Flop (FF)
Tùy theo việc đưa tín hiệu vào các Flip-Flop mà người ta chia ra mạch đếm
đồng bộ hay mạch đếm không đồng bộ.
 Căn cứ vào mã số của mạch đếm:
Xuất phát là hệ nhị phân mà người ta có nhiều mạch đếm với các loại mã
khác nhau, như mạch đếm thập phân, mạch đếm nhị phân.
 Dựa vào hướng dẫn:
Người ta chia ra mạch đếm có ba cách:
– Đếm lên.
– Đếm xuống.
– Đếm vịng.
1./ Mạch đếm khơng đồng bộ:
Trong mạch đếm không đồng bộ, xung đếm được đưa vào đầu vào nhịp
xung của FF thứ nhất. Còn xung của FF tiếp theo sau phụ thuộc vào ngõ ra của
FF phía trước.
Hình (H.III.1a) là mạch đếm khơng đồng bộ dùng các FF – JK – MS (Flip
Flop – JK – Master Slave). Bốn FF được mắc nối tiếp, ngõ vào JK được nối
chung lại với nhau tạo FF-T và ngõ vào T được mắc lên cao (hay để hở). Xung
đếm được đưa vào FF đầu tiên là FFA, Hình (H.III.1b) trình bày các dạng sóng
của mạch đếm.

Hình III.1a

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

17


Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

Hình III.1.b
Các FF sẽ đổi trạng thái khi xung vào cổng Clock đổi từ 1 xuống 0. Như
vậy QA của FFA sẽ đổi trạng thái ở cạnh sau của xung vào đầu bằng phân nửa.
Dạng sóng của QA có tác dụng như xung đồng hồ đối với FF B nên tần số ra ở Q B
bằng phân nũa tần số QA. Tương tự tần số ở QD bằng phân nữa tần số ở QC.
Như vậy tác dụng của mạch là chia tiếp tần số, nên sau bốn tầng tần số
của dạng sóng vào được chia cho 24 = 16. Điều quan trọng là trong hệ thống nhị
phân sự chia đôi tần số liên tiếp lại là sự đếm tần số. Mạch có 4 tần FF như trên
gọi là mạch đếm nhị phân 4 bit hay mạch đếm Modulo 16 (2 4) hay mạch chia
cho 16. Mạch đếm từ 0000 = 0 10 (Nếu được xóa trước khi có xung vào) lên tối
đa 1111 = 1510 rồi tự động quay về đếm lại từ 0000 = 0 10, bảng Hình (H.III.1.c)
chỉ ra.
Số xung
vào
Xóa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

13
14
15
16

Trạng thái ra ngay sau khi có xung
vào
QD
QC
QB
QA
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0

0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
1
1

1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
0
0
0

Số thập phân tương ứng
với số nhị phân
0
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
11
12
13
15
15
0

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

18


Luận Văn Tốt Nghiệp
17
18

0
0

0
0

Mơ Hình Máy Đo Tần Số
0
1
1
0

Hình III.1.c

1
2

 Ưu điểm:
Ưu điểm của mạch đếm không đồng bộ là cấu trúc đơn giản.
 Nhược điểm:
Thời gian trễ khá lớn, thời gian trể tỉ lệ với số tăng của mạch đếm.
- Tính chống nhiễu kém, xung nhiểu có thể tác động vào từng nhịp vào của FF
và có thể làm sai lệch kết quả đáng kể.
2./ Mạch đếm đồng bộ:
Đặc tính của mạch đếm đồng bộ là xung đếm được đưa vào các tầng đếm
một cách song song. Để tạo ra mạch đếm đồng bộ cơ bản người ta dùng loại JF,
MS, FF (Hình III. 2.b) là mạch đếm đồng bộ 4 bit, xung vào được đưa đến tất cả
các ngõ vào CK. Để phân tích mạch đếm đồng bộ 4 bit ta xét thời gian trễ của
hai loại mạch đếm không đồng bộ và mạch đếm đồng bộ (H. III.2.a)

Hình III.2a
Ở mạch đếm khơng đồng bộ thời gian trễ của 1FF là t FF và thời gian trễ
của toàn mạch sẽ là t. Nếu mạch đếm được tạo từ 4 FF thì thời gian trễ sẽ là t 
= 4tFF. Như vậy mạch đếm khơng đồng bộ có thời gian trễ rất lớn so với mạch
đếm đồng bộ, đây là nhược điểm của mạch đếm không đồng bộ.
Ta xét mạch đếm đồng bộ 4 bit sau đây Hình(H. III.2b)

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

19

Luận Văn Tốt Nghiệp

Mơ Hình Máy Đo Tần Số

FFA đổi trạng thái của nó theo mỗi xung đếm, sau xung đếm thứ nhất Q A = 1
cũng như FFA, FFB,FFC, FFD đã nhận ra xung đếm thứ nhất ở đầu vào Clock của
nó vì QA = QB = QC = QD = 0 nên khi này đầu vào JK của các FF B, FFC, FFD tức
là QB = QC = QD = 0. Đến xung thứ hai thì J và K của FF B = 1 và hai đầu này
được nối với QA còn J và K của FFC và FFD cũng bằng 0, còn FFB đổi trạng thái
từ QB = 0 lên QB = 1, QC và QD vẫn giữ nguyên trạng thái. Ở xung thứ ba thì Q B,
QC, QD khơng đổi trạng thái vì J và K của chúng bằng 0, Q A đổi trạng thái từ 0 –
1 (QA = 1, QB = 1), ở xun g đếm thứ tư J và K của FF D bằng 0, còn J và K của
FFA, FFB, FFC đều bằbg 1 nên chúng đổi trạng thái Q A = 0, QB = 0, QC = 1,…
Xung đếm thứ 17 thì QA = QB = QC = QD = 0.


-

Ưu điểm:
Ít bị nhiễu so với mạch đếm khơng đồng bộ.
Nhược điểm:
Đối với mạch đếm nhiều bit thì các mạch liên kết logic cho các đầu vào trở
nên phức tạp.

3./ Mạch đếm vòng (Ring Counter)
Mạch đếm vòng là loại mạch dựa vào sự phân chia nhị phân, mà dựa vào
sự di chuyển vịng quanh của một ghi chuyển có hồi tiếp gọi là mạch đếm vịng.
Các mạch đếm vịng khơng hữu hiệu bằng mạch đếm nhị phân nhưng do đơn
giản hơn và có đặc tính riêng biệt nên đơi khi được sử dụng. Đặc biệt là các
mạch này hoạt động đồng bộ nên có tốc độ giao hốn cao. Hình(H. III.3a) là sơ

đồ cấu tạo của mạch đếm vòng.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh

20