Giáo trình kỹ thuật sung số (nghề điện tử công nghiệp cđ)

QUÂN KHU 3
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ SỐ 20
------

GIÁO TRÌNH
KỸ THUẬT XUNG – SỐ
Nghề đào tạo: Điện tử cơng nghiệp
Trình độ đào tạo: Cao đẳng nghề

LƯU HÀNH NỘI BỘ

Biên soạn: Phạm Thanh Nga

Năm 2022

1


Lời mở đầu
Cùng với môn học kỹ thuật điện tử, môn học KỸ THUẬT XUNG SỐ là một
môn học kỹ thuật cơ sở quan trọng của Khoa điện - điện tử, hiện nay môn học
được ứng dụng trong hầu hết các ngành kỹ thuật và các lĩnh vực điều khiển
khác.
Môn học được ứng dụng cho sinh viên tất cả các ngành trong trường đặc
biệt là ngành Điện tử và Điện công nghiệp của trường ta. Bởi vậy để tạo điều
kiện cho việc học tập và nghiên cứu môn học của học viên được thuận lợi. Bộ
môn Điện tử thuộc Khoa Điện - Điện Tử - Điện lạnh trường trung cấp nghề số
20 tổ chức biên soạn giáo trình KỸ THUẬT XUNG SỐ làm bài giảng lưu hành
nội bộ. Trong quá trình biên soạn chắc chắn sẽ khơng tránh khỏi những thiếu
sót, bởi vậy tơi mong được sự thơng cảm và sự góp ý của các bạn đồng nghiệp.
Tập bài giảng môn học Kỹ thuật xung số được xây dựng theo chương trình mơn

học Kỹ thuật xung số 90 tiết của trường TCN số 20
Toàn bộ tập bài giảng gồm 2 phần chính:
Phần I : Kỹ thuật xung gồm 3 chương.
Phần II : Kỹ thuật số gồm 7 chương.
Toàn bộ nội dung giáo trình là những phần kiến thức cơ bản nhất về lý thuyết kỹ
thuật xung và kỹ thuật số. Nhằm mục đích hỗ trợ cho các mơn học chun môn
khác như: KT Vi xử lý, Kỹ thuật truyền thanh, KT truyền hình, Kỹ thuật điều
khiển, Trang bị điện, TĐ điện, Đo lường điện tử.....

2


PHẦN I: KỸ THUẬT XUNG
CHƯƠNG I: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1. Định nghĩa xung điện, các tham số và dãy xung
1.1 Định nghĩa
Các tín hiệu điện áp hay dịng điện biến đổi theo thời gian được chia thành
2 loại cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc (gián đoạn).
Tín hiệu liên tục cịn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tương tự. Tín hiệu rời
rạc gọi là tín hiệu xung hay số.
Tiêu biểu cho tín hiệu liên tục là tín hiệu hình Sin (hình 1.1) với tín hiệu
hình Sin ta có thể tính được biên độ của tín hiệu tại từng thời điểm khác nhau.
V
Vp
+

+
-

+

-

+

+
-

t

-

-

-Vp

Hình 1.1: Tín hiệu hình Sin
Ngược lại tiêu biểu cho tín hiệu rời rạc là tín hiệu vng (hình 1.2), biên độ
của tín hiệu chỉ có 2 giá trị mức cao VH và mức thấp VL, thời gian chuyển mức
tín hiệu từ mức cao sang mức thấp và ngược lại là rất ngắn coi như bằng 0
V

V

VH

VH

VL
t

t

VL

a)

b)

Hình 1.2: a, Xung vng điện áp > 0. b, Xung vng điện áp đều nhau
Tín hiệu xung khơng chỉ có tín hiệu xung vng mà cịn có một số dạng tín
hiệu khác như: xung tam giác, xung răng cưa, xung nhọn, xung nấc thang có chu
kỳ tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ lặp lại T.

3


u

u

t

t
B. Xung nhọn (vi phân)

A: xung tam giác
u

u

C. Xung răng cưa
(hàm mũ - tích phân)

t

t
D. xung nấc thang

Hình 1.3: Các dạng tín hiệu xung
Trong nhiều trường hợp xung tam giác có thể coi là xung răng cưa.
Các dạng xung cơ bản trên rất khác nhau về dạng sóng, nhưng có điểm chung là
thời gian tồn tại xung rất ngắn, sự biến thiên biên độ từ thấp lên cao (xung nhọn)
và từ cao xuống thấp (nấc thang, tam giác) xảy ra rất nhanh.
Định nghĩa: Tín hiệu xung điện áp hay xung dịng điện là những tín hiệu có thời
gian tồn tại rất ngắn, có thể so sánh với q trình q độ trong mạch điện mà
chúng tác dụng.
1.2 Các thông số của xung điện và dãy xung
V
* Chu kỳ xung – Tần số xung
- Độ rộng xung : thời gian ứng với mức điện
áp cao ton.
- Thời gian khơng có xung ứng với điện áp thấp toff .
- Chu kỳ xung là: T = ton + toff (s)

toff

ton
T

Hình 1.4

- Tần số xung : là số lần xuất hiện trong một đơn vị thời gian được tính theo
cơng thức : f =

1
(Hz)
T

* Độ rỗng và hệ số đầy của xung
Trong một chu kỳ của xung, thời gian có xung (ton) thường rất ngắn so với
chu kỳ T. Độ rỗng của xung là tỉ lệ giữa chu kỳ T và độ rộng xung ton :
Độ rỗng :

Q=

T
ton

Nghịch đảo của độ rỗng Q được gọi là hệ số đầy của xung:

4


Hệ số đầy:  =

ton
T

* Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau
Thực tế xung vng khơng có dạng hình 1.4, mà có dạng hình sau :

Khi tăng điện áp sẽ có thời gian trễ tr gọi là độ rộng sườn trước, ngược lại khi
giảm điện áp sẽ có thời gian trễ tf gọi là độ rộng sườn sau.
Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau là thời gian biên độ xung tăng hay
giảm trong khoảng 0,1Vm đến 0,9Vm .Thời gian xung có biên độ từ 0,9Vm đến
Vm ứng với đoạn đỉnh của xung gọi là tp .
V
Độ rộng thực tế : ton = tr + tp + tf
Độ sụt đỉnh xung : V là độ giảm Vm
V
0,9Vm
biên độ ở phần đỉnh xung
0,1Vm
tr

tf

tp

ton
2. Tác dụng của mạch R-L-C đối với các xung cơ bản
2.1 Tác dụng của mạch R-C đối các xung cơ bản
a) Mạch tích phân
Theo định nghĩa, mạch tích phân là mạch mà điện áp ra Vo(t) tỉ lệ với tích
phân theo thời gian của điện áp đầu vào Vi(t).
Ta có : Vo(t) = k  Vi (t )dt
( k là hệ số tỉ lệ )
R

Vi

C

Vo

Đây chính là mạch lọc thấp qua dùng RC. Tần số cắt của mạch lọc: fc =

1
2 RC

Ta có : Vi(t) = VR(t) + Vc(t). Xét điện áp đầu vào Vi có tần số fi rất cao so với
tần số cắt fc . Lúc này dung kháng Xc sẽ rất nhỏ ( do Xc =

1
)
2fiC

Ta có : fi >> fc  R >> Xc suy ra VR (t) >> Vc(t) ( vì dịng i(t) qua R và C
như nhau). Do đó Vi(t) = VR(t) = i(t).R
Đối với tụ C, điện áp trên tụ được tính theo cơng thức : Vc(t) =

5

1
i (t )dt
C 


Điện áp trên tụ C cũng chính là điện áp đầu ra nên: Vo(t) = Vc(t) =
Trong đó : i(t) =

Vi(t )
R

Suy ra : Vo(t) =

1
C



1
i (t )dt
C 

Vi(t )
1
dt =
Vi (t )dt
RC 
R

Như vậy : Điện áp ra Vo(t) là tích phân của điện áp đầu vào Vi(t) với hệ số tỉ lệ
1
khi tần số fi rất lớn so với fc.
RC
1
Ti
1
Điều kiện của mạch là : fi >> fc =
hay RC >>

hay  >>
2RC
2
2fi

k là : k =

Trong đó :  = RC là hằng số thời gian, Ti là chu kỳ
• Trường hợp điện áp vào Vi là tín hiệu hình Sin
Vi(t) = Vm sin t (v)
Vm
1
cos t
Vm sin tdt = 
RC
RC
Vm

Vo(t) =
sin ( t - ) (v)
RC
2

Vo(t) =

Như vậy: nếu thoả mãn điều kiện của mạch tích phân như trên thì điện áp ra bị
trễ pha 90 độ và biên độ bị giảm xuống với hệ số tỉ lệ

1
RC

• Trường hợp điện áp vào là tín hiệu xung vng
Khi điện áp vào là tín hiệu xung vng đối xứng có chu kỳ Ti thì có thể xét tỉ lệ
hằng số thời gian  so với Ti để giải thích các dạng sóng ra theo hiện tượng nạp
xả của tụ điện C.
Vi

Vp
Dạng sóng ngõ vào

Vo
Dạng sóng ngõ ra khi
 << Ti
Dạng sóng ngõ ra khi
 = Ti/5

Dạng sóng ngõ ra khi
 >> Ti

Hình 1.5
* Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian  = RC rất nhỏ so với Ti, tụ C nạp
và xả rất nhanh nên điện áp ngõ ra Vo có dạng giống như điện áp đầu vào.

6


* Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian  = RC = Ti/5, tụ C nạp theo hàm
−t / 
−t / 
mũ Vo = Vp (1- e ) và xả theo hàm mũ Vo = Vp e , biên độ đỉnh của điện

áp ra thấp hơn Vp
* Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian  = RC rất lớn so với Ti, tụ C nạp
xả rất chậm nên điện áp ngõ ra Vo có biên độ rất thấp nhưng đường tăng giảm
điện áp gần như đường thẳng.
Như vậy : Mạch tích phân nếu chọn trị số RC thích hợp thì có thể sửa dạng xung
ngõ vào thành dạng sóng răng cưa hay tam giác ở ngõ ra . Nếu xung vng đối
xứng thì xung tam giác là tam giác cân .
• Trường hợp điện áp vào là dãy xung vuông không đối xứng với ton > toff
Vi
Vp

t
Vo

t
Trong thời gian ton ngõ vào có điện áp cao, tụ C nạp điện. Trong thời gian toff
ngõ vào có điện áp 0V tụ C xả điện nhưng do ton > toff nên tụ C chưa xả hết điện
thì lại nạp điện làm cho điện áp đầu ra tăng dần.
b) Mạch vi phân
Theo định nghĩa mạch vi phân là mạch có điện áp ngõ ra Vo(t) tỉ lệ với đạo hàm
theo thời gian của điện áp ngõ vào Vi(t).
Ta có : Vo(t) = k

d
Vi(t)
dt

( k là hệ số tỉ lệ )

Trong kỹ thuật xung, mạch vi phân có tác dụng thu hẹp độ rộng xung, tạo ra các

xung nhọn để kích các linh kiện điều khiển hay linh kiện cơng suất khác như
SCR, Triac…..
C

Vi

R

Vo

7


Đây chính là mạch lọc cao qua dùng RC. Tần số cắt của mạch lọc fc =

1
2RC

Ta có : Vi(t) = VR(t) + Vc(t). Xét điện áp đầu vào Vi có tần số fi rất thấp so với
tần số cắt fc . Lúc này dung kháng Xc sẽ rất lớn ( do Xc =

1
)
2fiC

Ta có : fi << fc  R << Xc suy ra VR (t) << Vc(t) ( vì dịng i(t) qua R và C
như nhau). Do đó Vi(t) = Vc (t)
Đối với tụ C , điện áp trên tụ được tính theo cơng thức : Vc(t) =

1

q(t)
C

(Với q(t) là điện tích nạp vào tụ )
dVi(t )
dVc(t )
1 dq(t )
1
=
=
= i(t)
dt
dt
C dt
C
dVi(t )
Suy ra :
i(t) = C
dt

Ta có

Điện áp trên R cũng chính là điện áp đầu ra nên :
Vo(t) = VR(t) = i(t).R = RC

dVi(t )
dt

Như vậy : Điện áp ra Vo(t) là vi phân theo thời gian của điện áp đầu vào Vi(t)
với hệ số tỉ lệ k là : k = RC khi tần số fi rất thấp so với fc .

Điều kiện của mạch là : fi << fc =

1
2RC

hay RC <<

Ti
1
hay  <<
2
2fi

Trong đó :  = RC là hằng số thời gian , Ti là chu kỳ
• Trường hợp điện áp vào Vi là tín hiệu hình sin
Vi(t) = Vm sin t (v)
Vo(t) = RC
Suy ra điện áp ra :

d (Vm sin t )
=  RCVm cos t (v)
dt

Vo(t) =  RCVm sin ( t +


)
2

(v)

Như vậy: nếu thoả mãn điều kiện của mạch vi phân như trên thì điện áp ra bị
sớm pha 90 độ và biên độ nhân với hệ số tỉ lệ  RC.
• Trường hợp điện áp vào là tín hiệu xung vng
Khi điện áp vào là tín hiệu xung vng đối xứng có chu kỳ Ti thì có thể xét tỉ lệ
hằng số thời gian  so với Ti để giải thích các dạng sóng ra theo hiện tượng nạp
xả của tụ điện C.

8


Vi
v

Dạng sóng ngõ vào

Dạng sóng ngõ ra
khi  = Ti/5

Dạng sóng ngõ ra
khi  << Ti
* Nếu mạch vi phân có hằng số thời gian  = RC = Ti/5 , tụ C nạp và xả điện
tạo dòng i(t) qua điện trở R, tạo ra điện áp giảm theo hàm mũ. Khi điện áp ngõ
vào bằng 0V thì đầu dương tụ C nối mass và tụ sẽ xả điện thế âm trên điện trở R.
Ngõ ra ta sẽ có hai xung ngược đầu nhau có biên độ giảm dần.
* Nếu mạch vi phân có hằng số thời gian  = RC << Ti, tụ C nạp xả rất nhanh
cho ra hai xung ngược dấu nhưng có độ rộng xung rất hẹp được gọi là xung hẹp.
Như vậy : Nếu thoả mãn điều kiện của mạch vi phân thì mạch RC sẽ đổi tín
hiệu xung vng đơn cực ra hai xung nhọn lưỡng cực.
2.2 Phản ứng của mạch R-L đối với các xung cơ bản

a) Mạch tích phân RL
L
Vo

Vi
R

Cũng chứng minh tương tự như mạch tích phân dùng RC ta có điện áp đầu ra
Vo (t) tỉ lệ tích phân với điện áp đầu vào Vi(t) theo thời gian
Ta có : Vo (t) =

R
R
Vi (t )dt . Trong đó : hệ số tỉ lệ k =

L
L

9


b) Mạch vi phân RL
R

Vo

Vi
L

Mạch lọc cao qua dùng RL cũng thể làm mạch vi phân. Cũng chứng minh tương

tự như mạch vi phân dùng RL ta có điện áp đầu ra Vo (t) tỉ lệ vi phân với điện
áp đầu vào Vi(t) theo thời gian.
Ta có : Vo(t) =

L dVi(t )
L
. Trong đó : Hệ số tỉ lệ k =
R dt
R

10


CHƯƠNG 2: MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI
1. Mạch dao động đa hài không ổn
1.1 Mạch dao động đa hài dùng Transistor
a) Sơ đồ nguyên lý

b) Tác dụng linh kiện
Rb1, Rb2 : Các điện trở định thiên cho T2,T1.
Rc1, Rc2 : Các điện trở tải cho T1,T2.
C1, C2 : Các tụ tạo dao động và nối tầng.
T1, T2 : 2 Transistor tạo dao động.
c) Nguyên lý làm việc
Thông thường mạch dao động đa hài không ổn là mạch dao động đối
xứng nên 2 TZT có cùng họ và thơng số. Các linh kiện điện trở Rb1= Rb2 ,
Rc1= Rc2 và C1= C2 .Tuy hai TZT cùng loại, các linh kiện cùng trị số nhưng
không thể giống nhau một cách tuyệt đối. Điều này làm cho 2 TZT trong
mạch dẫn điện không bằng nhau. Khi cung nguồn sẽ có một TZT dẫn mạnh
hơn và một transistor dẫn yếu hơn.

Giả sử rằng T1 dẫn, T2 khoá: lúc này tụ C1 sẽ xả điện: +C1 → RCET1 →
mass ; - C1 → Rb1 → +Vcc, tụ C1 phóng tạo ra sự đột biến âm ở Rb1 → làm
cho T2 khoá hẳn. Đồng thời tụ C2 nạp điện (+Vcc → Rc2 → +C2; Mass →
REBT1 → -C2. Khi C2 nạp làm cho cực BT1 dương hơn cực E (có đột biến
dương) → T1 dẫn bão hồ → T2 khố hẳn. Nhưng khi dịng phóng của C1
mất đi nên cực BT2 dương lên → T2 dẫn, T1 khoá, mạch lật trạng thái lúc này
tụ C2 sẽ xả điện: +C2 → RCET2 → mass ;- C2 → Rb2 → +Vcc, tụ C2 phóng tạo
ra sự đột biến âm ở Rb2 → làm cho T1 khoá hẳn. Đồng thời tụ C1 nạp điện
(+Vcc → Rc1 → +C1; mass → REBT2 → -C1. Khi C1 nạp làm cho cực BT2
dương hơn cực E (có đột biến dương) → T2 dẫn bão hồ → T1 khố hẳn.
11


Nhưng khi dịng phóng của C2 mất đi nên cực BT1 dương lên → T1 dẫn, T2
khố. Q trình được lặp lại, cứ như vậy tại 2 cực C của T1, T2 có 2 điện áp
ra trái dấu.
c) Dạng sóng tại các chân

Bằng phương pháp tính tốn ta tìm được : T2 = 0,69 RB1C1 ; T1 = 0,69 RB2C2
Ta có chu kỳ xung: T = T1 + T 2 = 0,69.(RB1C1 + RB2C2)
Suy ra tần số xung: f =

1
T

Đặc biệt nếu chọn: Rb1 = Rb2 = R , C1 = C2 = C
Do đó ta có: T = 1.4RC
f=

1

1,4.RC

12


1.2 Mạch dao động đa hài dùng IC 555
* Khảo sát IC 555
IC 555 đựơc chế tạo thông dụng nhất là dạng vỏ plastic.

Chân 1 : GND (đất)
Chân 7 : Dirchage (xả điện)
Chân 2 : Trigger input (ngõ vào xung nảy)
Chân 8 : +Vcc (nguồn dương)
Chân 3 : Output (ngõ ra)
Chân 4 : Reset (hồi phục)
Chân 5 : Control voltage (điện áp điều khiển)
Chân 6 : Threshold (Thềm - ngưỡng)
* Cấu trúc của IC 555
- Cầu phân áp gồm 3 điện trở 5K  nối từ nguồn +Vcc xuống mass cho ra hai
điện áp chuẩn là :

1
2
Vcc và Vcc.
3
3

- Hai bộ so sánh C1 và C2 so sánh tín hiệu vào để lấy tín hiệu ra đưa vào đầu
vào của FF R-S và một TZT tạo đường phóng cho tụ.
- FF R-S trong IC 555 có chân 4 là chân Reset (xóa) tác động ở mức thấp, tức

là khi có mức thấp tác động thì lập tức xố hết các trạng thái cũ  IC không
được làm việc, vậy để IC làm việc bình thường phải treo chân 4 lên mức cao
(+Vcc).

13


• Bảng trạng thái FF R- S
R : Reset ( xoá )
S : Set (thiết lập )
Qo: Trạng thái trước của FF
Q : Trạng thái hiện tại của FF
a) Sơ đồ nguyên lý

R

S

Q

Q

0

0

Qo

Qo

0

1

1

0

1

0

0

1

1

1

Cấm

b) Nguyên lý làm việc
Khi cấp nguồn cho mạch : Tụ C bắt đầu được nạp điện (+Vcc  R1  R2
 +C ; mass  - C) .Khi tụ C nạp điện áp trên tụ C tăng dần:
2
1
1
Vcc: Ta có Up1 < Un1 = Vcc và Un2 < Up2 = Vcc →
3

3
3
Opam2 ở mức 1, Opam1 ở mức 0 → R=0, S =1 → Q=1, Q = 0 → Chân 3 mức 1
1
2
2
1
* Khi Vcc  Uc < Vcc : Ta có Up1 < Un1 = Vcc và Un2 > Up2 = Vcc →
3
3
3
3

* Khi 0 < Uc <

Opam2 ở mức 0, Opam1 ở mức 0 → R=0, S=0 → Q= Qo =1 (giữ nguyên trạng
thái trước ) Q = Q 0 = 0 → Chân 3 có mức 1 → LED vẫn sáng.
2
2
1
Vcc  Uc < +Vcc : Ta có Up1 > Un1 = Vcc và Un2 > Up2 = Vcc →
3
3
3
Opam2 ở mức 0, Opam1 ở mức 1 → R=1,S =0 → Q = 0 → Q = 1 → Chân 3

* Khi

mức 0 → LED tắt . Vì Q = 1 đặt vào chân B( Q) một điện áp dương làm Q dẫn
→ Tụ C bắt đầu phóng điện qua Q: Tụ C phóng (+C → R2 → Rce(Q) → mass → -

C).Khi tụ C điện thì điện áp trên tụ C giảm dần:
1
2
Vcc  Uc < Vcc → Opam2 ở mức 0, Opam1 ở mức 0 → R=0, S=0 →
3
3
→ Q = Q 0 =1 → Chân 3 mức 0 → LED vẫn tắt.

* Khi

14


1
3

* Khi 0  Uc < Vcc → Opam2 ở mức 1, Opam1 ở mức 0 → R=0,
S=1 → Q=1 → Q = 0 → Chân 3 mức 1 → LED sáng . Vì Q = 0 → TZT Q khố
→ Tụ C nạp điện. Q trình cứ tiếp tục lặp lại đầu ra ta nhận một chuỗi xung

vuông.
c) Dạng sóng tại các chân

d) Thơng số kỹ thuật
- Thời gian tích điện :
- Thời gian phóng điện :
- Chu kỳ xung :
- Tần số xung :

f=

Tnạp = 0,69.(R1 + R2).C
Tphóng = 0,69. R2.C
T = 0,69.(R1 + 2R2).C
1.4
( R1 + 2 R 2)C

- Giới hạn linh kiện : 1K  < (R1,R2) < 3M  ; 500pF < C < hàng nghìn  F
1.3 Mạch dao động đa hài dùng cổng logic
a) Sơ đồ nguyên lý
R

U1

Q

+
C

_

U2

Q

b) Nguyên lý làm việc
Hai cổng NAND trong sơ đồ có hai ngõ vào nối tắt nên có chức năng như một
cổng đảo. Việc chuyển đổi trạng thái của mạch được điều khiển nhờ tụ C nạp xả
qua điện trở R. Giả sử: Cổng U1 có Q =1 và cổng U2 có Q = 0. Lúc đó tụ C bắt

15


đầu nạp qua điện trở R làm điện áp ngõ vào cổng U1 tăng lên và khi tăng lên
đến ngưỡng cao (  1,6V- 2V) thì cổng U1 đổi trạng thái làm Q = 0 và cổng U2
có Q = 1. Khi hai cổng đổi trạng thái thì tụ C vẫn đang còn nạp điện sẽ xả qua
điện trở R. Khi điện áp trên tụ giảm xuống dưới mức thấp (nhỏ hơn 0.8V) thì hai
cổng lại đổi trạng thái và Q = 1, Q = 0. Quá trình đổi trạng thái tiếp diễn liên tục
.Tại hai đầu ra ta nhận được hai chuỗi xung ngược pha nhau.
c) Thông số kỹ thuật
- Chu kỳ của xung ra được tính theo cơng thức: T = 2,3 R.C
- Tần số xung ra : f =

1
1
=
2,3R.C
T

- Điện trở R có trị số giới hạn trong khoảng 220  đến 470  . Do điện trở R chỉ
có trị số nhỏ nên mạch khơng thích hợp ở tần số thấp.
d) Mạch dao động không ổn đối xứng
R1

U1

Q
C2
R3

_
R2

U2

+

C1
Q

- Hai cổng NAND, nối hai ngõ vào như hai cổng NOT. Hai tụ C là mạch hồi
tiếp dương để tạo dao động.
- Các điện trở R1-R2-R3 được chọn để duy trì điện áp ở ngõ vào của hai cổng
gần mức điện áp ngưỡng, nên khi tụ điện nạp xả, điện áp ngõ vào dao động trên
dưới mức điện áp ngưỡng làm điện áp ngõ ra dao động hai mức 1và 0.
- Giả sử ngõ ra Q = 0, Q = 1 lúc đó tụ C1 nạp tạo dịng qua R1 làm điện áp ngõ
vào cổng U1 ở cao và mạch tạm ổn định ở trạng thái này. Khi tụ C1 nạp đầy thì
mất dịng qua R1 nên ngõ vào cổng U1 ở mức 0 làm ngõ ra Q = 1. Lúc đó tụ C2
nạp điện qua R2 tạo dòng làm điện áp ngõ vào cổng U2 ở cao và ngõ ra Q = 0.
Khi Q = 0 thì tụ C1 sẽ xả điện qua R1 theo chiều ngược lại, làm ngõ vào cổng
U1 giữ ở mức thấp và mạch tạm ổn định ở trạng thái này.
Như vậy : Khi tụ C2 nạp qua R2 làm Q = 0 thì tụ C1 xả qua R1 làm Q = 1. Khi
tụ C2 nạp đầy và tụ C1 xả xong thì mạch lại đổi trạng thái như cũ để C1 nạp và
C2 xả.
- Điện trở R1 thông thường chọn cùng trị số R2. Tần số dao động của mạch
được tính theo công thức:

16

f=

1
1
=
T
2( R1 + R3).C

- Mạch chỉ thích hợp cho dao động tần số cao.
2. Mạch dao động đơn ổn
2.1 Mạch dao động đơn ổn dùng Transistor
a) Sơ đồ nguyên lý

b) Nguyên lý làm việc
- Là dạng mạch: 1 ngắt, 1 dẫn ghép với nhau, ở chế độ xác lập (ổn định) thì T1
khố thì T2 dẫn bão hồ.
- Tại thời điểm ban đầu khi chưa có xung kích thì nhờ T2 dẫn bão hoà nên tụ C
nạp điện qua BE( T2). Dòng nạp của tụ C (+Vcc → Rc1 → +C ; mass → RBE(T2)
→ - C). Điện áp nạp trên tụ C có trị số Vc = Vcc – VBEsat  Vcc . Khi tụ nạp đầy
thì dịng nạp bằng 0 nhưng T2 vẫn bão hồ vì vẫn cịn dòng Ib2 qua R1 cấp cho
cực B2. Hai TZT sẽ ổn định ở trạng thái này nếu khơng có tác động gì từ bên
ngồi.
- Khi có xung dương kích thích vào cực B của T1 làm T1 đổi trạng thái từ khố
sang dẫn bão hồ làm tụ C phóng điện (+C → RCET1 → mass; - C → R1 →Vcc)
tạo thành đột biến âm điện áp ở cực BT2 → T2 khố lại, hình thành đỉnh xung ở
đầu ra. Khi kết thúc xung ở đầu vào, nếu tụ C chưa phóng hết điện thì T2 vẫn
khố và T1 vẫn dẫn. Chỉ khi nào tụ C phóng hết điện thì mạch lại trở về trạng
thái ban đầu tức T1 khoá,T2 dẫn.
c) Dạng sóng các chân

17


VB2
+VCC
t2

t1

t

0
Vv
t

0
VCET2
+VCC

t

0
2.2 Mạch đa hài đơn ổn dùng IC 555
a) Sơ đồ nguyên lý

Vcc

10k

RS

R1

R

Q

U1

R
C
C1

Q

R2
U3A

U2

S

/Q

SW

LED
R3
1k

18


b) Nguyên lý làm việc
Khi cấp nguồn Q = 0, /Q = 1  TZT Q dẫn tụ C nối chân 6,7 xuống mass,
làm U1 có Vn > Vp nên  R = 0 .Lúc đó U2 cũng có Vn >Vp nên  S = 0,do
R = 0, S =0  Q = 1  ngõ ra 3 mức thấp, LED tắt . Khi Q mức cao tạo phân
cực cho Q làm Q dẫn bão hoà vẫn nối chân 7, 6 xuống mass .Do đó tụ C khơng
được nạp điện, mạch sẽ ổn định ở trạng thái này nếu không có tác động bên
ngồi .
Khi nhấn khóa K sẽ có xung âm kích vào chân 2 làm U2 đổi trạng thái, ngõ
S = 1 và U1 giữ nguyên R = 0 nên Q = 1, Q = 0  chân 3 mức cao, ra xung
dương LED sáng. Lúc Q = 0 làm TZT Q khoá tụ C nạp điện qua R .Trong thời
gian tụ C nạp mạch vẫn giữ trạng thái này nên ngõ ra tiếp tục mức cao. Điện áp
tụ tăng theo hàm mũ và khi điện áp tụ C đạt đến 2/3 vcc thì U1 đổi trạng thái
ngõ R = 1, Q = 1  chân 3 mức thấp, chấm dứt xung dương ra. Đồng thời TZT
Q dẫn bão hoà nên chân 6,7 nối mass làm tụ C xả điện. Mạch sẽ ổn định ở trạng
thái này nếu khơng có tác động gì từ bên ngồi vào chân 2.
c) Dạng sóng tại các chân

d) Thơng số kỹ thuật
- Thời gian tụ điện C nạp : Tnạp = 0,69.R.C và chính là khoảng thời gian xung
dương ở ngõ ra.
2.3 Mạch đa hài đơn ổn dùng cổng logic
a) Sơ đồ nguyên lý

19

b) Nguyên lý làm việc
- Mạch gồm 2 cổng NOR, một tụ điện C được nối giữa cổng I0 và I1. Tại thời
điểm mở điện (cấp nguồn), nếu ngõ vào in = 0, tức thời cổng I1 có ngõ vào cao
nhờ điện trở R nối lên nguồn nên ngõ ra out = 0, ngõ ra out đưa về cổng I0 mức
thấp và nhờ ngõ in = 0 nên cổng I0 có ngõ ra Vo = 1. Đây là trạng thái ổn định
của mạch đơn ổn do tụ C không được nạp điện được .
- Khi có tín hiệu vào điều khiển ngõ in lên mức cao thì cổng I0 có Vo = 0, làm
cho tụ C nạp điện qua điện trở R, tức thời cổng I1 có out = 1(do tụ bị nối tắt).
Khi tụ nạp đầy (thực ra chỉ đến mức VH  2v) thì cổng I1 có ngõ vào lên cao
làm out = 0. Điện áp ra của I1 đưa về cổng I0. Lúc đó ngõ in hết xung kích nên
đã trở về 0 ,làm cổng I0 có ngõ ra Vo = 1. Mạch trở về trạng thái ổn định ban
đầu.
3. Mạch đa hài lưỡng ổn
3.1 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng Transistor
a) Sơ đồ nguyên lý
+Vcc
Rc2

Rc1
Rb2

Rb1
Q2

Q1
D

Vi

Rb

Rb

C

-Vbb
R

20


b) Nguyên lý làm việc
- Xung kích điều khiển là xung vuông qua mạch vi phân RC để đổi xung vuông
ra hai xung nhọn ( xung nhọn dương ứng với cạnh lên, xung nhọn âm ứng với
cạnh xuống ). Điốt D có tác dụng loại bỏ xung dương và chỉ đưa xung nhọn âm
vào cực B1 để đổi trạng thái T1 từ bão hồ sang khố.
- Giả thiết Q1 đang dẫn bão hồ, Q2 khố. Khi ngõ vào Vi nhận xung vuông
qua mạch vi phân RC tạo điện áp trên R là hai xung nhọn. Khi có xung nhọn
dương thì diơt D bị phân cực ngược nên khố và mạch vẫn giữ trạng thái đang
có. Khi có xung nhọn âm thì D đựơc phân cực thuận làm cho Vb1 giảm xuống
mức 0V. Lúc đó Q1 khóa nên Ib1 = 0, Ic1 = 0 nên Vc1 tăng cao sẽ tạo phân cực
đủ mạnh cho cực B2 và Q2 dẫn bão hoà. Khi Q2 đã bão hồ thì Vc2 = 0,2V nên
Q1 tiếp tục khoá mặc dù đã hết xung âm . Như vậy mạch đã chuyển trạng thái
Q1 dẫn , Q2 khố sang Q1 khóa, Q2 dẫn . Khi mạch đã ổn định ở trạng thái này
thì mạch sẽ khơng 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 vng tiếp
theo qua mạch vi phân và diơt D vào cực B2 (vì Q2 đang dẫn bão hồ).
c) Dạng sóng tại các chân
Vi
t

VR
t
Vb1
0.8v

t
-1,5v

Vc1

11v
0.2v

t

3.2 Mạch đa hài lưỡng ổn dùng cổng logic
a) Sơ đồ nguyên lý

21


NOT1

A

Q

B

/Q

NOT2

b) Nguyên lý làm việc
Khi cấp điện, nếu ngõ ra Q = 0 thì ngõ vào B = 0 nên qua mạch đảo sẽ làm ngõ
ra /Q = 1. Đường hồi tiếp của /Q làm A = 1 và Q = 0. Mạch sẽ ổn định ở trạng
thái này. Mạch có thể ở trạng thái ngược lại là Q =1 và /Q = 0 và cũng ổn định ở
trạng thái đó bằng cách thay đổi ngõ vào. Như vậy mạch có hai trạng thái ổn
định theo nguyên lý mạch đa hài lưỡng ổn. Để có thể chọn trạng thái cho mạch
người ta có thể dùng các cổng NAND hay NOR và gọi là FF – RS . Mạch điện
như sau:
NOT1

NAND1

S

R

Q

/Q

R
NOT2

U1

Q

U2

/Q

S

NAND2

Mạch 1

Mạch 2

4. Mạch Schmitt - Trigger
4.1 Mạch Schmitt – trigger dùng Transistor
a) Đặc điểm
Trong lĩnh vực điều khiển, đặc biệt là điều khiển tự động trong công nghiệp,
các thiết bị chỉ làm việc với một trong hai trạng thái có điện hoặc khơng có điện
tượng trưng bởi hai mức “1’” và “0” như trong kỹ thuật số .
Mạch triger schmitt để đổi từ tín hiệu liên tục ra tín hiệu vuông với khả năng
chống nhiễu cao.

22


Mạch
Schmitt
Trigger

Vi

Vo

Vi

Vth+
Vth-Vo
V0H
V0L

b) Sơ đồ nguyên lý

c) Nguyên lý làm việc
Trong sơ đồ mạch trên, 2 transistor T1 và T2 được ghép trực tiếp và có chung
Re. Để có điện áp ra là xung vng thì 2 TZT phải chạy ở chế độ bão hoà,
ngưng dẫn. Khi T1 ngưng dẫn sẽ điều khiển T2 chạy bão hoà và ngựơc lại khi
T1 bão hoà sẽ điều khiển T2 ngưng dẫn. Ngưỡng cao và ngưỡng thấp của mạch
là:

23


4.2 Mạch Schmitt – trigger dùng cổng Logic
a) Sơ đồ nguyên lý
1

2
b) Nguyên lý làm việc
- Khi điện áp ngõ vào Vi ở mức thấp thì ngõ vào của cổng NOT 2 ở mức thấp
nên cổng 2 có ngõ ra mức cao  /Q = 1 và qua cổng NOT 1 ra của cổng 1 mức
thấp  Q = 0
- Khi điện áp Vi tăng lên mức cao Vth+ ( Vth+ = 1,6V ) thì điốt D dẫn cổng 2 đổi

trạng thái ngõ ra xuống mức thấp  /Q = 0 và qua cổng 1 đảo lại Q = 1
Điện áp mức cao đưa về làm diot D bị phân cực ngược nên cổng 2 được duy trì
ở trạng thái này, mặc dầu ngõ vào Vi có thể giảm hơn Vth+
- Khi điện áp ngõ vào giảm xuống dưới mức ngưỡng thấp Vth- thì cổng 2 lại đổi
trạng thái và /Q = 1 và qua cổng 1 thì  Q = 0 mạch trở lại trạng thái ban đầu.
- Điện áp ngõ vào mức thấp Vth-  0,8V và mức cao Vth+  1,6V. Diốt D chọn
loại Gecmanium. Điện trở R1 có trị số khoảng 3 K  đến 5 K  , điện trở R có
trị số khoảng 1 K 
- Mạch có ưu điểm là thời gian trễ rất nhỏ nên độ dốc ngõ ra thẳng đứng đựơc
dùng làm các bộ chuyển mạch chính xác.
c) Dạng sóng ngõ vào và ngõ ra
Vi
Vth+
Vth-

t

Vo
VH
VL

t

24


CHƯƠNG 3: MẠCH HẠN CHẾ BIÊN ĐỘ VÀ GHIM ÁP
1. Mạch hạn biên – Mạch xén (Clipping circuit)
1.1 Khái niệm
- Xén biên (cliper) là cắt đi 1 phần của tín hiệu vào ở trên hay ở dưới 1 mức

chuẩn nào đó.
- Mạch xén cịn gọi là mạch hạn chế biên độ (limiter), nó thường có đặc tuyến
truyền đạt như sau:

1.2 Mạch hạn biên dùng Diode
* Theo cách mắc của Diode có 2 loại hạn biên:
- Mạch hạn chế nối tiếp : Diode mắc nối tiếp với tải.
- Mạch hạn chế song song : Diode mắc song song với tải.
* Theo chức năng của Diode có 3 loại xén : xén âm, xén dương và mạch xén
hai phía.
- Xén âm : là cắt bỏ thành phần âm của dạng sóng tín hiệu vào và chỉ giữ lại
thành phần dương.
- Xén dương : là cắt bỏ thành phần dương của dạng sóng tín hiệu vào và chỉ giữ
lại thành phần âm.
- Xén hai phía : là cắt bỏ cả thành phần âm và thành phần dương của tín hiệu
vào với một mức nào đó.
1.2.1 Mạch xén song song
a) Mạch xén dương
Mạch gồm các phần tử như điện trở R, nguồn VDC , Diode . Giả sử tín hiệu vào
là dạng sóng sin,có biên độ max  V. Khảo sát một số dạng mạch xén cơ bản
như sau :

25