Giáo trình : Kỹ thuật xung part 9 ppt

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 106


Hình 6.25
Trong khoản thời gian từ 0 đến t
1
, tụ C xả điện theo phương trình sau
v
c
(t) = (V + βV) e
-t / RC
,

tại t =
2
T
; ta có v
c
(T/2) = V - βV
⇒ V - βV = (V + βV) e
-T / 2RC
⇒ e
-T / 2RC
=
VV
VV
β
β
+
−

⇒
T
RC2
1
1
=
+
−
ln
β
β
⇒ TRC=
+
−
2
1
1
ln
β
β

Vậy f =
1
T

Nhận xét
Tần số phụ thuộc vào R và C, tỉ số β
=
+

R
RR
1
12
chứ không phụ thuộc vào
nguồn nuôi V.





Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 107

5. Mạch đa hài dùng IC555

a. Cấu trúc IC555
Sơ đồ bên trong của IC555

Hình 6.26
• Về cơ bản, 555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF, từ
đó lái transistor xả (discharge) và tầng ra.
• Chức năng một số chân được mô tả như sau:
- Chân 2
: TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với
CC
V
3
1
. Khi điện
áp ở chân này dưới 1/3 V
CC
thì ngõ ra
Q
của FF xuống [0], gây cho
chân 3 tạo một trạng thái cao.
- Chân 3
: OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao
trong khoảng thời gian đònh thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó
có thể cấp hoặc hút dòng đến 200mA
- Chân 4:
RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ đònh
thì bò ngắt, đưa 555 về trạng thái không có kích. Đây là chức năng
ưu tiên để 555 không thể bò kích trừ khi RESET được giải phóng

(>1,0V). Khi không sử dụng nối chân 4 lên V
CC
.
Comparator I
Com
p
arator II
2
4 Reset
8 VCC
+
-
5
Discharge



3 Output
7
+
-
6
1 GND
S
R
Q
\
Q
Threshold

Trigge
r



Control
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 108

- Chân 5:
Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm
CC
V
3
2
. Một điện trở nối đất hoặc điện áp ngoài có thể được nối vào
chân 5 để thay đổi các điểm tham khảo (chuẩn) của comparator.
Khi không sử dụng cho mục đích này, nên gắn 1 tụ nối đất
F
μ
01.0≥ cho tất cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu
nguồn cấp điện.
- Chân 6:
Threshold (ngưỡng) điểm nhạy mức với
CC
V
3
2
. Khi điện áp

ở chân này >
CC
V
3
2
. FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp.
- Chân 7:
Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng
để xả tụ đònh thì. Vì dòng collector bò giới hạn, nó có thể dùng với
các tụ rất lớn (
F
μ
1000> ) không bò hư.
- Chân 8:
V
CC
điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5 đến 16V so với chân
mass. Việc đònh thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số đònh
thì do thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0.05% /V
b. Mạch đa hài bất ổn dùng 555

Hình 6.27





0.1 uF
C
555
2
6
7
4 8
5
Trigger
Threshold
Discharge
Reset
Vcc
Output
CV
R2
R1
VCC
1
Vout
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 109

Dạng sóng tại chân 2 và 3

Hình 6.28
Sinh viên áp dụng quá trình nạp xả của tụ, xác đònh chu kỳ tín hiệu ra
c. Mạch đơn ổn dùng 555












Hình 6.29

t

t
1
3
CC
V

2
3
CC
V
V
CC

V
2
(t)
V
3
(t)
R
0.1uF
V
kich

LM555
2
5
3
7
6

4 8
1
TR
CV
Q
DIS
THR
R VCC
GND
C
OUTPUT
V
CC

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 110

Dạng sóng tại chân 2, 6 và 3

Hình 6.30

III. MẠCH TẠO XUNG DÙNG CỔNG LOGIC

Sự ra đời của mạch tích hợp đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự
phát triển của ngành chế tạo linh kiện điện tử. Đặc biệt các mạch tích hợp số
với chức năng đa dạng, phong phú, chỉ với các cổng logic cơ bản như AND,
OR, NOT ,v.v… mạch tích hợp số được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các
lónh vực ứng dụng của điện tử kỹ thuật, trong đó có kỹ thuật xung
Rất nhiều mạch tạo xung trước đây dùng linh kiện bán dẫn rời như BJT,
UJT,… đều có thể thay thế bằng các mạch tích hợp số
Trong phần thí nghiệm trước, đã giới thiệu IC đònh thì 555 ứng dụng trong kỹ
thuật tạo xung. Phần này sẽ giới thiệu thêm các mạch tạo xung chủ yếu sử
dụng các cổng logic cơ bản


t
t
2
3
CC
V
V
CC

V

6
(t)
V
3
(t)
t V
2
(t)
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 111

1. Mạch đa hài đơn ổn

Mạch đa hài đơn ổn thường dùng trong các mạch tạo xung, tạo delay, phát
hiện độ rộng xung, mạch lọc thông dải v.v…. Khi được kích khởi, mạch đa hài
đơn ổn tạo một xung ở ngõ ra có độ rộng độc lập với độ rộng của tín hiệu ngõ
vào.
Có 2 dạng mạch: mạch có khả năng kích khởi lại và mạch không có khả năng
kích khởi lại. So sánh sự khác nhau giữa 2 loại mạch trên như sau





Hình 6.31
a) Mạch 1.

Mạch đa hài đơn ổn dùng cổng NOR

Hình 6.32. Đa hài đơn ổn dùng cổng NOR
Mạch gồm 2 cổng NOR, một tụ điện được nối giữa cổng I0 và I1. Tại thời
điểm mở điện, nếu các ngõ vào I0 ở mức 0, ngõ ra của I0 sẽ ở mức cao, giả sử
V
C
ban đầu bằng 0 thì
V
Out I0
= V
DD

V
Out I1
= logic 0
Mạch sẽ giữ nguyên trạng thái này do tụ C không nạp điện được
t
1

nonretriggerable
retriggerable
t
1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6

Nguyễn Trọng Hải Trang 112

Khi có một mức điện áp cao đặt vào ngõ vào I0 dẫn đến V
Out I0
= 0 và giả sử
rằng điện áp trên tụ không thay đổi đột ngột (V
C
= 0) dẫn đến V
X
= 0 và V
out

= 1.
V
out
= 1 hồi tiếp về I0 vì vậy V
out I1
vẫn giữ mức thấp mặc dù xung ngõ vào đã
xuống thấp.
Lúc này nguồn V
DD
sẽ nap điện qua R, C làm điện áp trên C tăng hay điện áp
V
X
tăng, khi V
X
vượt qua ngưỡng logic của I1 (V
IH
) . Ngõ ra I1 = 0, mạch lại
quay về trạng thái ban đầu

V
X
được tính như sau
Thay V
X
bằng điện áp ngưỡng V
TH
tính được thời gian tồn tại xung ngõ ra
Mạch 2.

Mạch đơn ổn có khả năng kích khởi lại dùng 74HC123
74HC123 có các chức năng sau:
Được kích khởi bằng ngõ vào có mức logic cao hoặc thấp
Trực tiếp Reset
Các ngõ vào đều sử dụng Schmitt trigger ngoại trừ ngõ reset
74HC123 là mạch đơn ổn có khả năng kích khởi lại với độ rộng xung ngõ
ra được điều khiển bởi điện trở ngoài và tụ điện ngoài.
Sơ đồ chân và bảng sự that như sau:









Hình 6.35
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 113

Cách mắc điện trở ngoài







Khi giá trò tụ C > 10000pF thì độ rộng xung ra được tính theo công thức sau
t
W
= K x R
EXT x
C
EXT
với t
W
độ rộng xung ra (ns)
R
EXT
:điện trở ngoài (kΩ)
C
EXT
: điện dung ngoài (pF)

2. Mạch đa hài bất ổn

a) Mạch 1.

Mạch ring oscillator
Mạch đa hài phi ổn đơn giản sử dụng cổng là mạch ring oscillator bao gồm N
cổng đảo được ghép nối tiếp như hình sau (với N lẻ)






Hình 6.36. Đa hài phi ổn Ring Oscillator
Chu kỳ T được tính như sau
T = 2 N t
pd

Với giả sử rằng thời gian trễ của xung lên và xuống của cổng đảo là bằng
nhau và bằng t
pd
. Vì t
pd
có thể thay đổi theo nhiệt độ, nhà chế tạo nên chu kỳ
T trên có thể thay đổi
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 114

b) Mạch 2.

Mạch dao động Schmitt Trigger

Hình 6.37. Đa hài phi ổn Schmitt Trigger
Mạch này sử dụng cổng đảo Schmitt trigger với đặc tuyến như sau






Tần số dao động được tính toán theo công thức sau
f = 1/T = 1/RC
Giải thích
Hình 6.38.
Dạng sóng tại điểm A, B








Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 115

Giả sử ban đầu Vc = 0 nên V
A

= 0 dẫn đến ngõ ra B ở mức 1.
V
B
= 1 sẽ nạp điện cho C qua R. Khi V
C
đạt đến V
P
thì ngõ vào cổng đảo đạt
mức logic 1 và ngõ ra là mức logic 0, lúc này tụ xả điện qua R và điện áp trên
tụ giảm dần đến V
N
, tại V
N
ngõ vào cổng đảo chuyển xuống mức 0 và ngõ ra
mức 1 tức thời.
c) Mạch 3.







Hình 6.39.
Tần số dao động f = 1/(2.2RC)
Giải thích

Hình 6.40. Dạng sóng tại các điểm A, B, C, D


Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 116

Tại thời điểm đầu giả sử ngõ ra IC 1 ở mức cao và ngõ ra IC2 ở mức thấp
V
A
= V
B
= 1
Khi tụ C nạp điện, điện áp V
B
giảm dần, tốc độ giảm được quyết đònh bởi tụ C
và R.
V
TH
là điện áp ngưỡng của IC 2
Điện trở R
P

đặt vào mạch nhằm mục đích chống lại quá dòng tại ngõ vào IC 2
và được chọn khoảng 10 đến 100K
d) Mạch 4.

Mạch đa hài phi ổn đối xứng







Hình 6.42. Đa hài phi ổn đối xứng
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 2 cổng gần mức điện áp ngưỡng
nên khi tụ điện nạp xả, điện áp ngõ vào dao động trên mức điện áp ngưỡng
làm điện áp ngõ ra dao động giữa hai mức 0 và 1
Giả sử tại thời điểm đầu Q=0 và
1=Q , tụ C1 nạp tạo dòng qua R1 làm điện
áp ngõ vào cổng 1 ở mức cao. Khi tụ C1 nạp đầy thì mất dòng qua R1 dẫn đến
ngõ vào cổng 1 xuống 0 và Q=1. Tụ C2 lúc này nạp điện qua R2 dẫn đến ngõ
vào cổng 2 ở mức cao và ngõ ra
0=Q . Quá trình cứ tiếp tục
Điện trở R1 thường chọn bằng R2. Tần số dao động được tính theo công thức:

CRR
f
)(2
1
31

+
=

Mạch chỉ thích hợp cho các tần số cao



C1
Q
C2
R2
R1
R3
/Q
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 117

e) Mạch 5.

Dao động đa hài đơn ổn dùng cổng NOT

Hình 6.33. Đa hài đơn ổn dùng cổng NOT
Giả sử ban đầu ngõ vào cổng đảo A ở mức thấp (ngõ ra A sẽ ở mức cao), xuất
hiện dòng qua Cy → Ry → Dy → ngõ ra cổng đảo B
Do tại thời điểm đầu, V
Cy
= 0 , Cy có thể được xem là ngắn mạch và vì vậy,
ngõ vào cổng B ở mức 1
Khi tụ Cy nạp điện, Vc tăng dẫn đến điện áp ngõ vào cổng B giảm và khi qua
ngưỡng logic (V
IL
) thì ngõ vào B ở mức thấp → ngõ ra B ở mức 1 và đặt mức
1 ở cathode của diode nên quá trình nạp của tụ Cy chấm dứt
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Nguyễn Trọng Hải Trang 118

Do V
Cx
ban đầu = 0 nên khi ngõ ra B ở mức cao thì ngõ vào A ở mức cao. Tụ
Cx bắt đầu nạp qua Rx và Dx. Quá trình giải thích tương tự

Hình 6.34
Thời gian tồn tại xung được quyết đònh bởi C, R và điện áp ngưỡng V
T






Thời gian để điện áp đạt đến điện áp ngưỡng
Giá trò T
L
và T
H
(thời gian ở mức cao và mức thấp) phụ thuộc vào giá trò Rx,
Cx, Ry, Cy
Tần số dao động
HL
TT
f
+
=

1