Tài liệu mạch đa hài

Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
CHƯƠNG 6.
MẠCH ĐA HÀI
I. KHÁI NIỆM
Hệ thống mạch điện tử có thể tạo ra dao động ở nhiều dạng khác nhau như: dao
động hình sin (dao động điều hòa), mạch tạo xung chữ nhật, mạch tạo xung tam
giác các mạch tạo dao động xung được ứng dụng khá phổ biến trong hệ thống
điều khiển, thông tin số và trong hầu hết các hệ thống điện tử số.
Trong kỹ thuật xung, để tạo các dao động không sin, người ta thường dùng các
bộ dao động tích thoát. Dao động tích thoát là các dao động rời rạc, bởi vì hàm
của dòng điện hoặc điện áp theo thời gian có phần gián đoạn. Về mặt vật lý,
trong các bộ dao động sin, ngoài các linh kiện điện tử còn có hai phần tử phản
kháng L và C để tạo dao động, trong đó xảy ra quá trình trao đổi năng lượng
một cách lần lượt giữa năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây và năng
lượng điện trường tích lũy trong tụ điện, sau mỗi chu kỳ dao động, năng lượng
tích lũy trong các phần tử phản kháng bị tiêu hao bởi phần tử điện trở tổn hao
của mạch dao động, thực tế lượng tiêu hao này rất nhỏ. Ngược lại trong các bộ
dao động tích thoát chỉ chứa một phần tử tích lũy năng lượng, mà thường gặp
nhất là tụ điện.
Các bộ dao động tích thoát thường được sử dụng để tạo các xung vuông có độ
rộng khác nhau và có thể làm việc ở các chế độ sau : chế độ tự dao động, kích
thích từ ngoài.
Dao động đa hài là một loại dạng mạch dao động tích thoát, nó là mạch tạo
xung vuông cơ bản nhất các dạng đa hài thường gặp trong kỹ thuật xung như
sau :
1. Mạch Đa Hài Bất Ổn (Astable Multivibrator)
Đây là dạng mạch không có trạng thái ổn định (đa hài tự dao động, tự kích).
Chu kỳ lập lại và biên độ của xung tạo ra được xác định bằng các thông số của
bộ đa hài và điện áp nguồn cung cấp. Các mạch dao động đa hài tự kích có độ
ổn định thấp.
Ngõ ra của bộ dao động đa hài tự kích luân phiên thay đổi theo hai giá trị ở mức

thấp và mức cao.
2. Mạch Đa Hài Đơn Ổn (Monostable Multivibrator)
Khi mạch hoạt động ở chế độ này, nếu không cung cấp điện áp điều khiển từ
bên ngoài thì bộ dao động đa hài nằm ở trạng thái ổn định. Khi có xung điều
khiển, thường là các xung kích thích có độ rộng hẹp, thì nó chuyển sang chế độ
Trang 88
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
không ổn định trong một khoảng thời gian rồi trở lại trạng thái ban đầu và kết
quả ngõ ra cho ra một xung.
Thời gian bộ dao động đa hài nằm ở trạng thái không ổn định dài hay ngắn là
do các tham số của mạch quyết định. Ngõ ra của bộ dao động đa hài đơn ổn có
một trạng thái ổn định (hoặc ở mức cao hoặc mức thấp). Mạch này còn có tên
gọi là đa hài đợi, đa hài một trạng thái bền.
Xung kích từ bên ngoài có thể là xung gai nhọn âm hoặc dương, chu kỳ và biên
độ do mạch quyết định.
3. Mạch Đa Hài Hai Trạng Thái On Định Không Đối Xứng (Schmitt Trigger)
Đây là dạng mạch sửa dạng xung để cho ra các xung vuông. Điện áp ngõ ra ở
mức cao, thấp và quá trình chuyển đổi trạng thái giữa mức thấp và mức cao là
tùy thuộc vào thời điểm điện áp ngõ vào vượt qua hai ngưỡng kích trên và kích
dưới.
4. Mạch Đa Hài Hai Trạng Thái On Định Đối Xứng (Bistable Multivibrator)
Dạng mạch này còn gọi là Flip-Flop (mạch lật hay bấp bênh). Đây là phần tử
quan trọng trong lĩnh vực điện tử số, máy tính. Bao gồm các loại Flip-Flop RS,
JK, T, D, nó được tạo ra bởi các linh kiện rời. Ngày nay chủ yếu chế tạo bằng
công nghệ vi mạch.
5. Chế tạo mạch đa hài
Có nhiều cách tạo ra mạch đa hài, trong đó ta quan tâm đến
• Dùng vi mạch tương tự (OpAmp)
• Dùng vi mạch số
• Dùng vi mạch chuyên dụng (VD 555)

• Dùng linh kiện rời (BJT, FET)
• Dùng các linh kiện có vùng điện trở âm (diode tunnel hay UJT)
• Dùng dạng mạch dao động nghẹt (blocking oscilator)
II. MẠCH DAO ĐỘNG ĐA HÀI DÙNG CÁC LINH KIỆN TƯƠNG TỰ
1. Mạch Schmitt Trigger
Trong lĩnh vực điều khiển, các thiết bị điện chỉ làm việc ở một trong hai trạng
thái, tượng trưng bởi hai mức 1 và 0 như trong kỹ thuật số. Người ta dùng mạch
Schmitt Strigger để đổi từ tín hiệu liên tục ra tín hiệu vuông có khả năng chống
nhiễu cao.
Mạch Schmitt Trigger là mạch có hai trạng thái cân bằng ổn định và có khả năng
chuyển một cách đột biến từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng
khác khi mạch được kích thích
Các Schmitt trigger được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật xung như đếm xung,
chia tần, tạo các xung điều khiển trong các mạch tích phân, mạch tạo điện áp
biến đổi đường thẳng v.v…
Trang 89
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.1.Đặc tuyến của trigger
Nói chung các trigger đều có đặc tuyến U
ra
= f(U
v
) có dạng là một vòng trễ như
hình trên, các mức điện áp U
ng1
U
ng2
được gọi là các mứxc điện áp ngưỡng
a. Dạng Mạch Dùng Chuyển Mạch BJT
Dạng 1

Hình 6.2. Schmitt trigger dùng BJT
Trong sơ đồ mạch trên, 2 transistor T1, T2 được ghép trực tiếp và có chung R
E
.
Để có điện áp ra là xung vuông thì hai transistor phải chạy ở chế độ bão hòa,
ngưng dẫn. Khi T1 ngưng dẫn sẽ điều khiển T2 chạy bão hòa và ngược lại khi T1
bão hòa sẽ điều khiển T2 ngưng dẫn
Trang 90
t
1
t
2
U
ng1
U
ng2
U
v
U
ra
t
0
t
1
t
2
U
1
U
2

U
ra
U
v
+Vcc
Rb
Re
Vin
Vout
Rc2
0
0
Rc1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Ngưỡng cao và ngưỡng thấp của mạch (sinh viên tự chứng minh qua 2 trạng thái
tắt và bão hòa của BJT)
U
ng1
= V
TH+
=
8.0
2
+
+
−
E
EC
CEsatCC
R

RR
VV
U
ng2
= V
TH-
=
8.0
1
+
+
−
E
EC
CEsatCC
R
RR
VV
Dạng 2
Hình 6.3
Mạch bao gồm hai Transitor T
1
và T
2
, các điện trở phân cực tĩnh. Điện trở R
E
tạo phản hồi, tụ C : tụ tăng tốc (năng lượng tích lũy trong tụ sẽ làm phân cực
mối nối BE của T
2
nhanh hơn).

Mạch được thiết kế sao cho ở trạng thái bình thường T
1
tắt T
2
dẫn bão
hòa.Trong hai trạng thái phân biệt của mạch thì mỗi trạng thái ứng với một
Transitor dẫn và một Transitor tắt.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Khi v
v
= 0, T
1
tắt, dòng I
C1
= 0, toàn bộ dòng I
RC1
qua R và R
B
đến cực B của T
2
,
làm T
2
dẫn bão hòa. Đồng thời tại cực E của T
1
có điện áp
V
E
= I
E2bh

.R
E
, làm T
1
tiếp tục tắt.
Ta có v
r
= V
C
= V
E
+ V
CE2bh.
Sự chuyển đổi trạng thái sẽ diễn ra khi tín hiệu vào vượt qua mức ngưỡng kích
trên (tương ứng với V
E
ở trạng thái này), nghĩa là v
v
= V
E.
Lúc

này T
1
bắt đầu
dẫn, dòng I
C2
tăng lên làm dòng I
B2
giảm. Và nhờ quá trình hồi tiếp qua điện trở

R
E
làm T
2
tắt, do đó v
r
= V
CE
. Nếu tiếp tục tăng v
v
lớn hơn nữa thì T
1
chỉ dẫn
bảo hòa sâu thêm, còn mạch vẫn không đổi trạng thái.
Khi T
1
đang dẫn, T
2
đang tắt, để đưa mạch về trạng thái ban đầu cần phải giảm
tín hiệu vào v
v
xuống dưới ngưỡng kích dưới. Lúc đó dòng I
C1
giảm mạnh, nên
điện thế cực thu của T
1
tăng lên, làm V
B2
tăng. Và nhờ tác dụng của hồi tiếp qua
R

E
, quá trình nhanh chóng đưa đến T
1
tắt và T
2
dẫn bão hòa.
Ta có : v
r
= V
E
+ V
CE2bh
Trang 91
Vv
Vcc
T1
C
0
Rc2
Rb
R
Rc1
Re
Vra
T2
Vcc
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
b. Dạng Mạch Dùng Op-Amp
Dạng Mạch 1
Xét mạch điện có dạng sau :

Hình 6.4
Điện trở R = R1//R2 làm giảm dòng điện off set để hoạt động gần với Op-amp
lý tưởng, nhằm mục đích làm cho mạch hoạt động ổn định hơn.
Ta có
rr
Av
RR
R
vv =
+
=
+
21
1
Và v
-
= -v
v
Khi v
v
>v
+
thì v
r
= -V
Do đó
AV
RR
R
Vv −=

+
−=
+
21
1
. Đây là ngưỡng kích mức thấp.
Khi v
v
< v
+
thì v
r
= +V, do đó
AV
RR
R
Vv =
+
+=
+
21
1
. Ngưỡng kích mức cao.
Dạng sóng vào – ra
Hình 6.5
Quan hệ vào – ra
Khi v
v
> AV thì v
r

= -V
Trang 92
R1
R
Vv
R2
+
-
Vra
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Khi v
v
< -AV thì v
r
= +V

Hình 6.6
Nhận xét.
Hai trạng thái của Schmitt Trigger tương ứng với mức điện thế bão hòa dương
+V và bão hòa âm –V của ngõ ra bộ khuếch đại thuật toán. Dạng sóng ngõ vào
được sửa thành xung chữ nhật.
Dạng Mạch 2
Hình 6.7
Ta có v
-
= v
v
1 2
Re
1 2 1 2

ra f
R R
v v v
R R R R
+
= +
+ +
Khi v
v
> v
+
thì v
ra
= -V
Do đó
1 2
Re
1 2 1 2
f
R R
v V V
R R R R
+
= − +
+ +
= -AV+B : ngưỡng kích mức thấp.
Khi v
v
< v
+

thì v
r
= +V
Do đó
1 2
Re
1 2 1 2
f
R R
v V V
R R R R
+
= +
+ +
= AV + B
Quan hệ vào – ra
Khi v
v
> -AV + B ⇒ v
r
= -V
Khi v
v
< AV + B ⇒ v
r
= +V
Trang 93
0
V
ra

V
V
-AV
+AV
R
Vref
R1
+
-
Vv
R2
Vra
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.8
c. Dạng Mạch Dùng cổng logic
Hình 6.9.
Ký hiệu và đặc tuyến của cổng NOT Schmitt trigger (74HC14)
Hình 6.10
d. Schmitt Trigger chính xác
Trang 94
R1
Vin
Q
D
/Q
R
V
TH+
S
V

in
+
-
Q
R
V
TH-
+
-
/Q
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.11. Schmitt trigger chính xác
2. Mạch FlipFlop
a. Dạng Mạch Dùng OpAmp
Xét mạch sau :
Hình 6.12
Điện trở hồi tiếp R1 có trị số khá nhỏ so với điện trở R. Mạch F/F dùng Op-amp
như trên gồm hai Op-amp làm việc như hai mạch khuếch đại so sánh.
Op-amp ở trạng thái bào hòa dương nếu v
+
> v
-
⇒ v
0
= V
CC
Op-amp ở trạng thái bào hòa âm nếu v
+
< v
-

⇒ v
0
= 0
Giả thuyết mạch có trạng thái ban đầu là v
r1
= V
CC
, v
r2
= 0.
Ngõ vào âm của Op-amp 1 được hồi tiếp từ v
r2
= 0(v) về qua điện trở R
1
, nên
vẫn có v
+
> v
-
, do đó v
r1
= V
CC
, ổn định như trạng thái ban đầu.
Đây là trạng thái ổn định thứ nhất của mạch F/F. Op-amp 1 ở trạng thái bão hòa
dương và Op-amp 2 ở trạng thái bão hòa âm. Để chuyển trạng thái của F/F , cho
công tắc S chuyển sang vị trí 2. Lúc đó ở Op-amp 2 có v
-
= 0, v
+

= v
-
nên Op-
amp 2 chuyển sang bão hòa dương, v
r2
= +V
CC
. Điện áp này hồi tiếp về ngõ vào
âm của Op-amp 1 qua điện trở R
1
(R
1
<< R) sẽ làm đổi trạng thái của nó từ bão
hòa dương sang bão hòa âm (do lúc này có v
+
< v
-
).
b. Mạch FlipFlop Cơ Bản
Sơ đồ nguyên lý :
Hình 6.13
Trang 95
R b 2
0
R c 1
V r a 2
V c c
R c 2
T 1
- V b b

0
R 2
V r a 1
T 2
R b 1
V c c
R 1
1
2
Vcc
OpAmp1
R1
Vra1
+
-
R
+
-
OpAmp2
R1
R
Vcc
Vra2
0
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Mạch này là ghép hai mạch đảo dùng hai Transitor theo kiểu đối xứng.
Trong sơ đồ dùng 2 nguồn điện áp DC: Nguồn V
CC
để cấp I
B

và I
C
cho Transitor
dẫn bão hòa và nguồn -V
BB
để phân cực ngược cho cực B của Transitor ngưng
dẫn.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Giả thiết 2 Transitor T
1
và T
2
cùng thông số và cùng loại. Các điện trở phân cực
R
C1
= R
C2
, R
1
= R
2
, R
B1
= R
B2
. Nhưng thực tế hai Transitor không thể cân bằng
một cách tuyệt đối nên sẽ có một Transitor chạy mạnh hơn và một Transitor
chạy yếu hơn khi ta cung cấp nguồn.
Giả sử T
1

hoạt động mạnh hơn T
2
, dòng I
C1
mạnh làm V
C1
giảm, tức V
B2
giảm,
nên T
2
hoạt động yếu hơn. Do đó I
C2
giảm, dẫn đến V
C2
tăng, tức V
B1
tăng, làm
T
1
hoạt động mạnh hơn và cuối cùng T
1
sẽ tiến đến trạng thái bão hòa còn T
2
tiến đến ngưng dẫn. Khi đó : v
r1
= V
CE1bh
= 0 , v
r2

= V
CC
. Đây là trạng thái thứ
hai của Flip-Flop.
Mạch Flip-Flop sẽ ở một trong hai trạng thái trên nên được gọi là mạch lưỡng
ổn. Tuy nhiên phải chọn các điện trở và nguồn điện thích hợp thì mới đạt được
nguyên lý trên.
3. Mạch đa hài dùng Transistor
Đây là một loại mạch có một trạng thái bền vững và một trạng thái không bền.
Khi có xung kích khởi, mạch chuyển sang trạng thái không bền và sau một
khoảng thời gian nhất định, mạch tự động trở về trạng thái bền ban đầu. Thời
gian mạch tồn tại ở trạng thái không bền phụ thuộc vào độ rộng xung kích khởi
và phụ thuộc vào các linh kiện trong mạch.
a. Mạch đơn ổn dùng Transistor
Sơ đồ mạch điện cơ bản :
Hình 6.14
Trang 96
Vra2
R2
0
C
R
Vcc Vcc
Vv
R
C
R3
T2
R1
Vra1

Rc1 Rc2
T1
-Vbb
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Đây là dạng hai mạch ngắt dẫn ghép với nhau. Cực B của T
1
ghép DC với cực
thu của T
2
. Cực B của T
2
ghép AC với cực thu của T
1
(qua tụ C).
Mạch được thiết kế sao cho ở chế độ T
1
tắt và T
2
dẫn bão hòa. Nguồn V
BB
phân
cực nghịch mối nối BE của T
1
, do đó T
1
tắt khi chưa có tác động bên ngoài.
Còn T
2
dẫn bão hòa nhờ cực B của nó được cấp điện thế dương từ nguồn V
CC

.
Ta thấy T
2
dẫn bảo hòa vì các giá trị R
1
và R
C2
được chọn để thỏa mãn điều kiện
β I
B
> I
Cbh
Do vậy ở trạng thái bền thì V
r
= V
CE2bh
= 0
Do ghép trực tiếp với T
2
qua R
3
nên v
B1
= V
CE2bh
< V
BE1

Khi T
2

dẫn bão hòa thì tụ C nạp điện qua R
C1
và qua mối nối BE2, giá trị gần
đạt đến là v
C
= V
CC
- V
BE2
≈ V
CC
Hình 6.15
Khi kích một xung dương vào v
v
cực nền của T
1
, làm T
1
đổi trạng thái tự tắt
sang dẫn bão hòa. Lúc này thì tụ C phóng điện qua mối nối CE của T
1
, sự
phóng điện này làm phân cực nghịch mối nối BE của T
2
, do đó T
2
tắt. Dòng cực
thu của T
2
là I

C2
giảm xuống bằng 0. Toàn bộ dòng qua R
C2
sẽ chạy hết vào cực
nền của T
1
để duy trì trạng thái bão hòa của T
1
. Đây là trạng thái không bền của
mạch.
Thật vậy, ngay sau khi tụ C xả điện xong thì nó được nạp điện lại qua R
1
và
CE
1
. Với thời hằng là R
1
C. Điện thế cực nền của T
2
lúc này tăng dần do cực
dương của tụ C đặt vào nó và khi đạt giá trị lớn hơn V
γ

thì T
2
bắt đầu dẫn lại.
Trong lúc này, cùng với sự tăng của dòng I
C2
(do dòng I
B2

tăng dần), điện áp v
r
giảm xuống gần bằng không, tức điện thế tại cực nền của T
1
bằng không, làm T
1
tắt. Như vậy mạch đã trở về trạng thái ban đầu với T
1
tắt và T
2
bão hòa v
r
=
V
CE2bh
. Trong khoảng thời gian ngắn, tụ C sẽ nạp trở lại từ nguồn V
CC
thông

qua
R
1
và mối nối BE của T
2
đang dẫn để có điện áp xấp xỉ bằng Vcc . Mạch chờ
đợi xung kích mới.
b. Mạch bất ổn dùng Transistor
Dạng mạch
Trang 97
C

V b e 2
V c c
R c 1
Rc2
RB2RB1
Rc1
Vcc
T2
Vra1
C1 C2
Vcc
Vra2
T1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.16
Mạch được hình thành bởi hai Transistor T
1
và T
2
. Các điện trở R
C1
và R
C2
và
các tụ C
1
và C
2
Nguyên lý hoạt động
Thông thường mạch đa hài phi ổn là mạch đối xứng nên hai Transistor có cùng

họ và thông số. Các linh kiện điện trở R
B1
= R
B2
, R
C1
= R
C2
và C
1
= C
2
.
Tuy hai Transistor cùng loại, các linh kiện cùng trị số, nhưng không thể giống
nhau một cách tuyệt đối. Điều này làm cho hai Transistor trong mạch dẫn điện
không bằng nhau. Khi cung cấp điện sẽ có một Transistor dẫn mạnh hơn và một
Transistor dẫn yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương từ cực C
2
về B
1
,
từ cực C
1
về cực B
2
, làm cho Transistor nào dẫn mạnh hơn sẽ tiến dần đến bão
hòa, còn Transistor dẫn điện yếu hơn sẽ tiến dần đến ngưng dẫn.
Giả thuyết T
2
dẫn điện mạnh hơn tụ, C

1
được nạp điện thông qua R
C1
và mối nối
BE của T
2
, làm cho dòng I
B2
tăng cao nên T
2
tiến đến bão hòa. Khi T
2
tiến đến
bão hòa, dòng I
C2
tăng cao và v
CE2
≈ V
CEsat
≈ 0,2 (V), tụ C
2
(giả thuyết lúc đầu đã
nạp đầy) xả điện qua mối nối CE
2
. Khi tụ C
2
xả, điện áp âm trên tụ C
2
đưa vào
cực B

1
, làm T
1
ngưng dẫn
Như vậy, giả thuyết lúc đầu là T
1
đang tắt, T
2
đang dẫn bão hòa , và tụ C
2
đã nạp
điện đầy. Lúc này tụ C
2
bắt đầu phóng điện qua mối nối CE
2
đến cực E của T
1
,
làm mối nối BE
1
bị phân cực nghịch, do đó T
1
tắt.
Do vậy, tụ C
1
được nạp điện thông qua R
C1
và mối nối BE
2
Sau khi phóng điện xong, tụ C

2
lại được nạp điện theo chiều ngược lại thông
qua R
B1
và mối nối CE
2
, lúc này điện áp tại cực B của T
1
là V
B1
= V
C2
+ V
BE2
=
V
C2
. (V
C2
điện áp tên tụ C
2
) . Khi tụ nạp C
2
đến giá trị lớn hơn V
BE1
thì T
1
bắt
đầu dẫn, khi T
1

đạt đến dẫn bão hòa lúc này tụ C
1
phóng điện qua mối nối CE
1
đến cực E của T
2
, làm mối nối BE
2
phân cực nghịch, T
2
tắt. Quá trình lập lại từ
đầu và cứ tiếp tục như thế.
Dạng sóng tại các chân.
Trang 98
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.17
Tính Chu Kỳ Xung
T = T
1
+ T
2
. T
1
là thời gian tụ C
2
xả điện qua mối nối CE
2
, làm cực B của T
1
tăng từ - V

CC
lên đến V
BE1
. Và có khuynh hướng tăng lên đến +V
CC
, nên điện áp
tức thời của tụ C
2
(lấy mức -V
CC
làm gốc) là:
v
c
(t) = 2V
CC
. e
-T 1/
τ
f
, với τ
f
= R
B2
. C
2
Tại thời điểm T
1
, tụ C
2
xả điện từ -V

CC
lên 0(v) (bỏ qua V
BE
) là
V
CC
= 2V
CC
. e
-T 1/
τ
f
,

⇒ e
-T 1/
τ
f
= 2 ⇒
2
1
In
T
f
=
τ
⇒T
1
= τ
f

. ln2 = 0,69 R
B2
.C
2
Tương tự ta cũng tính được T
2
được tính theo công thức sau:
T
2
= 0,69 R
B1
.C
1
⇒ T = 0,69 (R
B2
C
2
+R
B1
C
1
)
Trong mạch đa hài bất ổn đối xứng ta có
Trang 99
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
R
B1
= R
B2
= R

B
và C
1
= C
2
= C
Chu kỳ dao động
T = 2 x 0,69 .R
B
.C = 1,4 R
B
.C
4. Mạch đa hài dùng OpAmp
a. Mạch đơn ổn dùng OpAmp
Sơ đồ mạch điện
Hình 6.18
R
1
, R
2
: Tạo ngưỡng điện áp để so sánh
R, C: Tạo mạch RC nhằm thực hiện quá trình nạp và xả của tụ
Diode D tạo mạch ghim điện áp, ngắn mạch tụ C khi mạch ở trạng thái bền.
Nguyên lý hoạt động
Ở chế xác lập (trạng thái bền), v(t) = -V (bão hòa âm), lúc này
VA
RR
R
Vv .
21

1
−=
+
−=
+
v
-
= v
c
(t) = -V
γ
(do Diode D dẫn), khi đó ta có dạng mạch như sau:
Hình 6.19
Mà AV > V
γ
⇒ -AV < - V
γ
,
tức v
+
âm hơn v
-
,
Nên mạch có v
r
= -V. Đây là chế độ xác lập của mạch
Trang 100
+
-
R2

Vv
Vra
CD
R1
R
V
γ
Vra
R
-VC
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Khi có xung gai dương v
v
kích thích vào chân dương của Op-amp. Lúc này v
+
dương hơn v
- ,
nên v
r
= +V, do đó v
+
= AV, D bị phân cực nghịch nên nó bị tắt.
Đồng thời, lúc này tụ C được nạp điện qua điện trở R
Hình 6.20
Điện áp trên tụ C tăng dần cho đến khi v
c
(v
c
= v
-

) dương hơn v
+
(v
+
= AV), thì
v
r
= -V, mạch trở về chế độ xác lập.
Dạng sóng
Hình 6.21
Tính Độ Rộng Xung T
x
Thực hiện phép dời trục dạng sóng trên, ta có hình tương đương sau:
Trang 101
AV
Vra
R
C
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.22
Phương trình nạp điện của tụ :
v
c
(t) = (V + V
γ
)(1 - c
-t /
τ
c
)

Tại thời điểm t = T
x
, ta có
v
c
(T
x
) = (V + V
γ
)(1 - e
-Tx/RC
) = (V
γ
+AV)
⇒
V
V
V
VA
V
V
VV
AVV
e
RCT
x
)1/().(1
/
γγ
γ

γ
++=
+
+
=−
−
Đặt k =
V
V
γ
⇒
k
A
e
k
Ak
e
RCTx
RCT
x
+
−
=⇒
+
+
=−
−
−
1
1

1
1
/
/
⇒
)
1
1
(
1
1
/
A
k
In
RC
T
A
k
e
x
RCTx
−
+
==⇒
−
+
=
A
k

InRCT
x
−
+
=
1
1
.
b. Mạch bất ổn dùng OpAmp
Dạng mạch
Trang 102
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.23
Mạch điện này là sơ đồ mạch dao động tích thoát dùng Op-amp để cho ra tín
hiệu xung vuông.
Sơ đồ có hai mạch hồi tiếp từ ngõ ra về hai ngõ vào. Cầu phân áp RC hồi tiếp
về ngõ vào đảo, cầu phân áp R
1
và R
2
hồi tiếp về ngõ vào không đảo. R
1
và R
2
tạo ngưỡng so sánh điện áp, còn RC tạo nạp phóng.
Để giải thích nguyên lý hoạt động, ta giả sử tụ C chưa nạp điện.
Giải thích nguyên lý hoạt động
Ta có v
+
=

R
R R
v v
r r
1
1 2
+
= β
nếu v
+
> v
-
thì v
r
=
+
V

⇒ v
+
= +βV, Đây là ngưỡng xén trên
nếu v
+
< v
-
thì v
r
= -v

⇒ v

r
= -βV, Đây là ngưỡng xén dưới
Khi mới cung cấp điện, điện áp qua tụ C là v
c
= v
c
(0) = 0(V) và giả thuyết Op-
amp đang ở trạng thái bão hòa dương
+
V . Ngõ vào không đảo có điện áp là
21
1
RR
R
Vv
cc
+
=
+
Trong khi đó, ngõ vào đảo có điện áp tăng dần từ 0(V). Điện áp tăng do tụ C
nạp qua R theo quy luật hàm số mũ với thời hằng là τ = RC. Và có giá trị là:
v
C
(t) = V(1 - e
-t / RC
)
Khi tụ nạp điện tăng dần cho đến khi

v
-

> v
+
thì ngõ ra chuyển sang trạng thái
bão hòa âm v
r
= -V. Lúc này, ngõ vào không đảo có mức điện áp là
v
+
=
21
1
RR
R
V
+
−
Điện áp ra giảm về -V, nên tụ sẽ xả. Khi tụ C xả điện áp đang có thì v
+
vẫn còn
điện áp âm nên ngõ ra vẫn là ở trạng thái bảo hòa âm. Điện áp trên tụ C sẽ giảm
cho đến khi v
-
âm hơn v
+
thì ngõ ra sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa dương, v
r
=
+
V. Quá trình này lập lại từ đầu và cứ tiếp diễn liên tục tuần hoàn.
Dạng Sóng Vào Ra

Trang 103
R2
Vra
C
+
-
R
R1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.24
Tìm chu kỳ dao động
Muốn tìm chu kỳ dao động, ta thực hiện phép dời trục: Trục trung dời đến thời
điểm t
o
và trục hoành dời đến mức -V, ta được dạng sóng sau:
Hình 6.25
Trang 104
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
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
⇒
T RC=
+
−
2

1
1
ln
β
β
Vậy f =
1
T
Nhận xét
Tần số phụ thuộc vào R và C, tỉ số β
=
+
R
R R
1
1 2
chứ không phụ thuộc vào
nguồn nuôi V.
5. Mạch đa hài dùng IC555
a. Cấu trúc IC555
Sơ đồ bên trong của IC555
Trang 105
Comparator I
Comparator II
2
4 Reset
8 VCC
+
-
5

Discharge
3 Output
7
+
-
6
1 GND
S
R
Q
\Q
Threshold
Trigger
Control
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
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 định 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 định thì
bị ngắt, đưa 555 về trạng thái không có kích. Đây là chức năng ưu tiên
để 555 không thể bị kích trừ khi RESET được giải phóng (>1,0V).
Khi không sử dụng nối chân 4 lên V
CC
.
- 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 định thì. Vì dòng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ
rất lớn (
F
µ
1000>
) không bị hư.
- Chân 8: V
CC
điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5 đến 16V so với chân
mass. Việc định thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số định thì
do thay đổi nguồn điện tiêu biểu < 0.05% /V
b. Mạch đa hài bất ổn dùng 555
Trang 106
0.1 uF
C
555
2
6
7
4
8
5
Trigger
Threshold

Discharge
Reset
Vc
c
Output
CV
R2
R1
VCC
1
Vout
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Hình 6.27
Dạng sóng tại chân 2 và 3
Hình 6.28
Sinh viên áp dụng quá trình nạp xả của tụ, xác định chu kỳ tín hiệu ra
c. Mạch đơn ổn dùng 555
Trang 107
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
Hình 6.29
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 lĩnh
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
Trang 108
t
t
2
3
CC
V
V
CC
V
6
(t)
V
3
(t)
tV
2

(t)
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Trong phần thí nghiệm trước, đã giới thiệu IC định 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
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
Trang 109

t
1
nonretriggerable
retriggerable
t
1
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
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
Cách mắc điện trở ngoài
Trang 110
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6
Khi giá trị 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
b) Mạch 2.
Mạch dao động Schmitt Trigger
Trang 111
Bài giảng Kỹ thuật Xung Chương 6

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
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.
Trang 112