Giáo trình phân tích phạm vi ứng dụng của mạch chia tần số theo nguyên lý mạch dao động đa hài dùng cổng logic p2 doc

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
23
Mạch đếm hình Hình (H.III.3c) là mạch đếm Johnson. Mạch được hồi
tiếp chéo từ
Q
trở về J, Q trở về K. Giả sử ban đầu mạch được xóa để Q
A
=
Q
B
= Q
C
= 0. Ở trạng thái thứ nhất cạnh sau Q
A
lên 1, Q
B
= Q
C
= 0. Ở xung
thứ 2 Q
A
=1, Q
B
lên 1, Q
C
= 0, tiếp theo ở xung thứ 3 Q
A
= 1, Q
B

= 1, Q
C
lên
1, đến xung thứ 4 Q
A
xuống 0, Q
B
= 1, Q
C
= 1…
Mổi ngõ ra ở mức cao trong 3 chu kỳ xung rồi lại xuống thấp trong 3
chu kỳ xung, rồi lại lên cao trong 3 chu kỳ xung tiếp theo.


Hình III.3d



Hình III.3c

Dạng sóng ngõ ra là dạng sóng riêng có tần số bằng
6
1
lần tần số xung
vào, nhưng có lệch pha nhau. Sự hoạt động của mạch được tóm tắt ở (Hình
III.3f)



Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
24
Trạng thái ra ngay sau khi có xung vào Số xung vào
Q
C
Q
B
Q
A

Số thập phân
tương ứng
0
1
2
3
4
5
0
0
0
1
1
1
0
0
1
1
1

0
0
1
0
1
0
0
0
1
3
7
6
4
6
7
0
0
0
0
0
1
0
1

Với 3 Flip Flop mạch đếm được Modul M = 6. Để ý là mạch bỏ đi hai
trạng thái 010 = 5
10
. Vì lý do ngẫu nhiên lúc bật điện hay do nhiễu khi hoạt
động mạch đếm có thể rơi vào một trong hai trạng thái bỏ đi (trạng thái cấm)
và sau đó chỉ thay đổi trạng thái giữa các trạng thái cấm này.

IV./ MẠCH GIẢI MÃ VÀ HIỂN THỊ:
1./ Mạch giải mã từ BCD sang Led 7 đoạn:
Còn gọi là mạch giải mã 4 đường sang 10 đường. Mạch có 10 ngõ ra
tương ứng với số thập phân từ 0 đến 9 và có 4 ngõ vào. Ngõ ra tương ứng với
mã nhò phân vào xuống thấp còn 9 ngõ ra kia ở mức cao. Mạch gồm 4 cửa
đảo để tạo ,A
B
,C ,
D
vào 10 cửa NAND có 4 ngõ vào. Ngõ vào của NAND
đầu tiên là
,A
B
,
C
,
D
, ngõ vào của NAND thứ hai là A,
B
,
C
,
D
, khi D = C =
B = A = 0 (0
10
) thì
A
=

B
=C =
D
= 1 nên ngõ ra của cửa NAND đầu tiên, tức
ngõ ra xuống thấp (0) còn các ngõ ra kia đều ở mức cao.
Khi có mắc thêm đèn Led (và các điện trở giới hạn dòng) như Hình
(H.IV.1a), đèn Led 0 sẽ sáng còn các đền Led kia sẽ tắt. Khi D = C = B = 0;
A = 1 ( tức DCBA = 10) ngõ ra của cửa NAND thứ hai xuống thấp và đèn Led
1 sáng, còn các đèn khác tắt.

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
25


Hình IV.1.a
2./ Mạch hiển thò:
a./Đèn cathod lạnh
Trước khi có đèn Led, các loại đèn Cathod lạnh (Cathod không được
sưởi nóng bởi tim đèn) được sử dụng Hình (H.IV.2.a1)
Đèn chứa một khí trơ bên trong ống thủy tinh, đèn gồm một anod và 10
catod, các catod là một miếng kim loại mõng có hình từ 0 đến số 9 được xếp
hàng sát nhau (nhưng không đụng nhau) từ trước ra sau, thường có thêm một
catod hình dấu chấm thập phân.
Một điện thế dương từ vài chục Volt trở lênh được đưa vào anod qua
một điện trở. Khi một catod được nối Mass thì đèn dẫn điện (cỡ vài mA) và
xung quanh catod có một vùng không gian sáng rực (rộng khỏang 1 mm).

Hình IV.2.a1
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
26


Hình IV.2.a2
Do sự ion hóa, trong khi đó các catod khác không sáng. (Hình IIV.2a1)
là biểu diễn của đèn có catod lạnh và Hình (H.IV.2.a2) là hình dạng của đèn
nhìn từ phía trước khi đèn hiện số 2.

 Một số IC giải mã 4 đường sang 10 đường:
 7441: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chòu Volt cao ( 60V).
 7442/LS42: Giải mã BCD sang thập phân.
 7445: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn ( 80mA)
 7414L: Giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chòu Volt cao (60V).
 74145/LS145: Giải mã BCD sang thập phân, dòng lớn (80mA).
 Ứng dụng của IC 74145/LS145 và IC 7445.
Mạch giải mã 7441 có ngõ ra chòu Volt cao (khoảng 60 volt) nên rất thích
hợp để hoạt động các đèn catod lạnh Hình (H.IV.2.c). Xung muốn đếm
được đưa và chân (Clock) của IC 7490. Ngõ ra BCD của mạch đếm được
đưa đến ngõ vào tương ứng của 7441. Ngõ ra 0 đến 9 của 7441 được nối
trực tiếp đến ngõ vào tương ứng của đèn catod lạnh.


Hình IV.2.a.3
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

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

27




Hình IV.2a.4
Hình IV.2a.4 là ứng dụng để chỉ báo của 7445, ngõ vào 7445 chỉ chòu
được 5V nhưng có thể nhận dòng lớn (đến 80mA) nên chỉ có thể dùng để thúc
trực tiếp.

b./ Đèn Led 7 đoạn:
Một trong các số chỉ báo thông dụng là đèn Led 7 đoạn. Đèn gồm 7
đoạn mang tên a, b, c, d, e, f, g được sắp xếp theo hình số 8, xem hình
(H.IV.2.b.1). Bên dưới mặt 7 đoạn là một số đèn Led (thường là 7) và hệ
thống phản chiếu ánh sáng lên mặt. Tùy tổ hợp các đoạn sáng mà ta có các
số và chữ khác nhau.


Hình IV.2.b.1

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
28




Hình IV.2.b.3
Về phương diện đèn Led 7 đoạn có hai loại đó là loại Anod chung và

hình (H.IV.2.b.2) và loại Catod chung hình (H.IV.2.b.3). Các điện trở hạn
dòng khoảng 220 đến 470, nếu V
CC
= 5 V để giới hạn dòng và biểu thò
của mạch giải mã. Tùy tổ hợp các bật đóng mà tổ hợp tương ứng của các Led
(biểu thò cho các đoạn) sáng để tạo các số hay các chữ.
 Một số IC giải mã BCD sang Led 7 đoạn
Loại Mức tác
động
Mạch ra Dòng
điện
Điện thế tối
đa
Công suất
tiêu tán
7446A
7447A
7448
74LS4
7
74LS4
8
74LS4
9
Thấp
Thấp
Cao
Thấp
Cao
Cao

Cực thu để
hở
Cực thu để
hở
Kéo lên
2K
Cực thu để
hở
Kéo lên
2K
Cực thu để
hở
40mA
40mA
6,4mA
24mA
6mA
8mA
30V
15V
5,5V
15V
5,5V
5,5V
320mW
320mW
385mW
3,5mW
125mW
40mW

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
29

 Khảo sát IC 7447A


Hình IV.2b.4
7447A có ngõ ra cực thu để hở và đủ dòng để thúc các chỉ báo trực
tiếp. Ngõ ra tác động mức thấp nên thích hợp để thúc các Led 7 đoạn anod
chung hay các đèn chòu dòng thấp. Mạch hoạt động theo bảng sự thật sau
(Hình IV.2.b5).
Trong đó với ngõ ra là một dạng sóng và ngõ ra 0 là tắt, nghóa là nếu
7447 thúc đèn Led 7 đoạn thì các đoạn a, b, c, d, e, f, g của đèn sẽ sáng hay
tắt tùy theo ngõ ra tương ứng của 7447 là 1 hay 0. Kết quả là khi mã số nhò
phân 4 bit vào có giá trò thập phân từ 0 đến 15, đèn Led hiện lên các số và
dấu như ở hình (Hình IV. 2b.6). Để ý là khi mã số nhò phân vào là 1111 = 15
10

thì đèn tắt.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
30

Thập
phân
LT

RBI

D

C

B

A RBO

A B c d e f g Ghi
chú
0
1
2
3
1
1
1
1
1
x
x
x
0

0

0

0

0

0

0

0

0
0
1
1

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

1
1
1
0
1

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

4
5
6
7
1
1
1

1
X
X
X
X
0

0

0

0

1

1

1

1

0
0
1
1

0
1
0
1

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

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

1
1
0

1
8
9
10
11
1
1
1
1
X
X
X
X

1

1

1

1

0

0

0

0

0
0
1
1

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

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

1
12
13
14
15
1
1
1
1
X
X
X
X

1

1

1

1

1

1

1

1

0
0
1
1

010

1
1
1
1
1
1
1

1
1
1
0
0
0
0
0
0
0

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

BI
RBI

LT
X
1
0
X
0
X
X

1

X

X

1

X

X

1
X

X
1
X
0
0
1

0
0
1
0
0
1
0
0
1

0
0
1
0
0
1
0
0
1
0
0
1
2
3
4


Hình IV.2b.6
Bảng sự thật Hình (H.IV.2.b.5) có các ghi chú:
1. Ngõ vào xóa BI được để không hay nói lên cao

2. Khi nối BI đến mức thấp, các ngõ ra đều tắt, bất chấp trạng thái ở ngõ vào
khác.
3. Khi RBI và các ngõ vào ABCD ở mức thấp và các ngõ vào thử đèn LT
(Lamp test) ở cao, các ngõ ra đều tắt và ngõ ra xóa dạng sóng, RBO
xuống thấp.
4. Khi ngõ vào BI (RBO) để không hay nối lên cao và ngõ vào LT giữ mức
thấp, các ngõ ra đều sáng.

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
31
V./ GIAO TIẾP CÔNG SUẤT:
1./ Khả năng dòng và thế của TTL và CMOS
a./ Đặc tính của TTL:
Mạch Logic TTL có nhiều loại ra: Mạch kéo lên thụ động tức có điện
trở nối từ cực thu của Transistor lên V
CC
. Loại mạch này không được dùng
không được dùng ở mạch Logic TTL. Loại mạch thứ hai là mạch cực thu để
hở tức là cực thu Transistor nối trực tiếp lên nguồn V
CC
. Mạch thứ ba là mạch
kéo lên tích cực tức có thêm Transistor giữa cực thu Transistor và nguồn V
CC
,
loại mạch này thông dụng nhất là mạch ra cột chạm. Mạch thứ tư là mạch ra
ba trạng thái, mạch này có cấu tạo gần giống mạch cột chạm. Do đó ta có thể
lấy mạch kiểu cột chạm biểu thò cho TTL.

Đặc tính ngõ vào Đặc tính ngõ ra
Hình V.1a
 Đặc tính ngõ vào gồm có:
– Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2V.
– Dòng mức cao tối đa 40mA.
– Điện thế tối đa mức thấp 0,8V.
– Dòng điện tối đa mức thấp –1,6mA.
 Đặc tính ngõ ra gồm có:
– Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2,4V.
– Dòng mức cao -400mA.
– Điện thế tối đa mức thấp 0,2V.
– Dòng điện tối đa mức thấp 1,6mA.

b./ Đặc tính của CMOS:
Điện áp đặt vào các mối nối ngõ vào của IC phải nằm trong các miền
chấp nhận được, CMOS sẽ xem các điện áp vào nỏ hơn hoặc bằng 1V như
mức Logic thấp, và xem điện áp nào lớn hơn hoặc bằng 3,5V là ở mức Logic
cao.
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
32


Hình V.1b
Cửa đảo CMOS là một mạch CMOS cơ bản gồm một Transistor MOS
kênh P (gọi là PMOS) nối với một Transistor MOS kênh N (gọi là NMOS).

Cực cửa nối chung với nhau và là ngõ vào, cực thoát được nối chung với nhau
và là ngõ ra. Cực ngờn của MOS kênh P nối lên điện thế V
dd
dương và cực
nguồn của MOS kênh N nối xuống điện thế V
SS
nhưng thường là Mass. Khi
ngo vào ở mức cao (H). MOS kênh P ngưng dẫn, MOS kênh N phân cực
thuận nhưng chỉ có dòng I
dd
ở trên đổ xuống nên V
SS
rất thấp gần như Mass.
Ngược lại khi ngõ vào ở mức thấp (0) MOS kênh P dẫn điện còn MOS kênh
N ngưng và ngõ ra điệ thế gần V
dd
. Vì dòng điện khi chưa có tải rất nhỏ nêm
mạch tiêu thụ công suất rất thấp.
Do tổng trở vào của mạch Logic CMOS rất lớn nên số tỏ ra của mạch
CMOS đối với các CMOS khác cũng rất lớn trên 50, khi giao tiếp với các tải
khác loại, các mạch CMOS khác bò giới hạn về dòng điện.

c./ Đặc tính của tải:
Tải có thể là thuần trở, cảm kháng, tuyến tính hay phi tuyến. Đối với
tải tuyến tính sự xác đònh độ lợi, công suất cần thiết khá đơn giản. Còn đối
với tải phi tuyến ta phải xét các trường hợp chuyển tiếp để bảo đảm các chỉ
tiêu kỹ thuật cũa những bộ phận không bò vượt quá. Tải phi tuyến được điển
hình như một bóng đèn hay động cơ điện. (Hình V.1c) biểu diễn dòng điện,
điện thế và công suất tiêu tán của một bóng đèn điện được thúc bởi mạch
giao tiếp có h

fc
.


Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
33

Hình V.1c

không hạn chế, nghóa là nó có thể cung cấp dòng nào mà tải cần thiết. Dòng
điện sẽ là một hàm mũ khi tim đèn sáng lên. Công suất tiêu tán sẽ là tích số
của điện thế và dòng điện.
Khi mạch giao tiếp có h
fc
hạn chế nghóa là nó không thể cung cấp tất
cả các dòng điện đỉnh đòi hỏi bởi tải thì công suất tiêu tán là lớn hơn, lúc này
dòng điện đỉnh nhỏ hơn trước nhưng công suất lại lớn hơn do mạch cung cấp
đủ dòng để dẫn vào vùng bão hòa, công suất này có thể vượt quá chỉ tiêu của
tải. Do đó trong thực hành người ta thiết kế mạch giao tiếp có đủ khả năng
khuếch đại dòng ở điểu kiện chuyển tiếp.

2./Giao tiếp giữa CMOS với phần tử công suất:
Đặc tính dòng điện ra của CMOS cho thấy khả năng dòng nguồn và
dòng nhận của CMOS rất đa dạng tùy thuộc vào loại thường hay loại đặc
biệt. Muốn thiết kế chíng xác phải có đầy đủ các thông số liên quan đến
CMOS dự đònh dùng. CMOS không thể thúc trực tiếp một đèn Led ngay cả
khi hoạt động ở V
dd

= 15V. Hình (H.V.2a) trình bày cách thúc Led dùng
Transistor giao tiếp



Hình V.2a