Thiết kế và thi công mô hình máy đo tần số hiển thị số dùng trong giảng dạy

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
1
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 CÔNG MÔ 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
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
2

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
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................

...................................................................................................................
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
3

...................................................................................................................
...................................................................................................................
..................................................................................................................
...................................................................................................................
..................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
..................................................................................................................
...................................................................................................................
..................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
4

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
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
...................................................................................................................
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
5

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






THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
6

MỤC ĐÍCH VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

I./ Mục đích của đề tài:
Đề tài mô hình máy đo tần số được ứng dụng làm đồ dùng dạy học cho môn
học đo lường điện. Thiết bò đo tần số có nhiều loại và nhiều phương pháp đo như
máy đo tần số chỉ thò kim, máy đo tần số chỉ thò rung, máy đo tần số chỉ thò số.v.v…
Trong luận văn tốt nghiệp, chúng em tìm hiểu mạch điện và thi công máy
đo tần số chỉ thò số dưới dạng mô hình dùng trong giảng dạy. Mô 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 bò đo lường điện. Mô hình máy đo tần số chỉ thò 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 bò 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.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
7
MỤC LỤC
Lời nói đầu
Chương I : Tổng Quan Về Đo Lường Điện

I. Sai số và cấp chính xác
II. Các loại thiết bò 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 thò
VII. Giao tiếp công suất
Chương III : Thiết Kế Mạch Đếm Tần Số
I. Sơ đồ khối toàn mạch
II. Mạch dao động chuẩn
III. 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 thò
VII. Mạch nguồn
Chương IV : Thi Công
I. Hình dạng mô hình
II. Sơ đồ nguyên lý
1. Mạch ngõ vào
2. Mạch dao động chuẩn
3. Mạch đếm và giải mã
4. Mạch hiển thò
III. Lắp ráp và cân chỉnh thiết bò
Chương VI: Kết Luận
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

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

8
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 trò đọc
được từ dụng cụ đo.
Độ chính xác bản thân dụng cụ đo còn phụ thuộc vào môi 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 trò gần đúng của kết quả đo. Sai số ngoại suy không quá 0,5 giá trò
giữa hai vạch khắc độ. Ngoài ra còn 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 toán.

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 trò xác đònh trong những điều kiện xác đònh. Do đó ta
có thể biết trước được giá trò 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 toán.

b/ Sai số ngẫu nhiên:

Là sai số có giá trò 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 không 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 nguyên 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
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
9
đến tính chất thống kê của sai số, không 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 bò đo là tỉ số tính theo phần
trăm giữa sai số lớn nhất cho phép trong điều kiện làm việc bình thường của
thiết bò đo với giá trò đònh mức của thiết bò đó. Do đó khi sử thiết bò đo lường
chúng ta cần quan tâm đến cấp chính xác của thiết bò đo được ghi trên máy
hoặc trong sổ tay kỹ thuật của thiết bò đo. Để từ cấp chính xác này chúng ta
sẽ đánh giá được sai số của kết quả đo. Ví dụ một vôn kế có ghi cấp chính
xác là 1 nghóa 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 tónh được mắc nối tiếp nối tụ điện C
1
. Cuộn động 1 được mắc
nối tiếp với tụ C
2
, cuộn động 2 được mắc nối tiếp với điện cảm LF. Chọn giá
trò điện cảm L đủ lớn, và các tụ điện có giá trò 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 I
t
, còn I
2
chậm pha 180
o

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 tónh và hai cuộn động đồng pha, không phụ thuộc vào tần số

nguồn.
Giá trò hiệu dụng các dòng điện qua các cuộn dây động được tính:
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
10

Lf
U
I
CUfI
.2
..2
2
1





Như vậy gốc  chỉ của kim sẽ tương ứng với giá trò:

 
2
2
2
1
22
11

.2 LCf
I
I
CosI
CosI





Với các giá trò L,C đã biết và không thay đổi ta xác đònh được giá trò
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 f
2
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 hưởng nhỏ hơn f
1
, vò trí C
2
được thay bằng mạch cộng hưởng nối tiếp
tầng số cộng hưởng cao hơn f
2
.
Với mọi tần số trong khoảng f
1

đến f
2
, mạch cộng hưởng 1 luôn có tính
chất điện cảm, cộng hưởng 2 luôn có tính chất điện dung, với điều kiện pha
tương tự như khi mắc L và C
2
, 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.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
11
Nhưng tỉ số kế từ điện chỉ đo được dòng một chiều do đó ta phải dùng mạch
chỉnh lưu. Và vì đã dùng mạch chỉnh lưu nên ta không phải quan tâm đến pha
của các dòng 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:

UCfI

R
U
I
C
R
..2=
=


Tỉ số kế đo tỉ số dòng qua cuộn 1 và cuộn 2 chính là đo tỉ số giữa I
R
và I
C


R
Cf
I
I
R
C
.2
=


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 bò rung theo. Lực hút thay
đổi làm giá trò bò 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 đònh 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 thò số:

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
12


Hình II.4:
Sơ đồ mạch chia tần số
Điện áp U
x
có tần số f

x
cần đo được khuếch đại thành điện áp U
1
, sau
đó đưa qua mạch tạo xung để sửa thành dạng xung vuông cũng có tần số là f
x

(U
2
). Xung này được đưa qua cổng logic trong khoảng thời gia T
n
để vào
mạch đếm xung (U
6
) kết quả xung được đếm đưa qua bộ hiển thò sẽ cho biết
tần số tín hiệu U
x
.
x
x
f
N
NTT
n
==
=>
n
x
T
N

f =

Với T
n
là chu kỳ của xung chuẩn (U
4
) và cũng là thời gian mở cổng
logic. Ở đây xung chuẩn (U
4
) 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 U
4
có tần số f
n
. xung chuẩn (U
4
) tác động
vào Flip – Flop theo nguyên lý kích thích bằng cạnh trước (ký hiệu FF) tạo ra
xung mở cổng (U
5
) trong thời gian T
n
. 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 T
n
. Trong thực tế chu kỳ xung chuẩn (T
n
) thường có các
mức điều chỉnh 0,1s, 1s, 10s.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
13

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 đònh 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, nhò phân,
BCD, Hexa, .v.v.. Nhưng hệ thống số nhò 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 thò số nhò phân bằng bằng dạng sóng nhò phân
chỉ có hai mức điện thế, một mức biểu thò số 0 và một mức biểu thò 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 nhò 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 bò 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 lónh vực như quân sự, các dụng
cụ y tế, các loại máy móc trong sản xuất.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
14
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 bò làm việc theo thứ tự đồng bộ
với nhau, vì vậy xung đồng bộ không thể thiếu được. Mạch dao động có rất
nhiều dạng, dùng linh kiện rời hay linh kiện tích hợp.


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:
( )
CRR
f
L
+2
1
=
Dạng sóng ra ở Q và
Q
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:

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
15


Điện trở R
1
, R
2
và biến trở R
3
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 N
2
khiến cho ngõ ra
Q
xuống mức
thấp (0V), và mức logic này được tụ C
1

chuyển về ngõ vào của N
1
, mạch
được xem như đạt trạng thái ổn đònh. Nhưng dòng điện trong N
1
đổ ra ở ngõ
vào nạp điện cho C
1
khi C
1
càng dương. Trong lúc đó tụ C
2
xã điện qua R
2
và
R
3
nên điện thế trên tụ càng giảm dần. Nếu điều kiện điện trở như đã nói, tụ
C
1
và C
2
không khác nhau thì tụ C
2
xả điện nhanh hơn là C
1
nạp điện, nên
điện thế ở ngõ vào N
2
nhanh chóng đạt mức logic thấp làm ngõ ra

Q
lên
mức cao (1), ngõ vào N
1
cũng đạt đến ngưỡng mức cao. Ngõ ra Q xuống mức
thấp (0), sau đó tụ C
1
xả điện qua R
1
, R
3
để đổi trạng thái của mạch trở lại
như trong quá trình C
1
xả điện. Điện trở R
3
nằm trên đường xả điện của C
1
và
C
2
có thể thay đổi giá trò để cho tần số mạch thay đổi. Khi mạch đối xứng
nghóa là C
1
= C
2
; R
1
= R
2

, tần số ra của mạch là:

RC
f
2
1
=

Để có tần số dao động thấp (vài Hezt) ta có thể dùng tụ lớn đến vài
ngàn F, nếu không cần dạng sóng ổn đònh 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 ngoài 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 đònh 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 đònh tần số ở bên
ngoài.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
16

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 không đòi hỏi về độ chính xác thật cao.

Biến áp T
1
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 vuông 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 đònh nhiệt là 0,005% cho mỗi độ C mạch làm việc cho ra tần số
thay đổi được nhờ các linh kiện bên ngoài, độ ổn đònh của tần số không cao.



5./ Phương pháp dùng dao động thạch anh.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
17
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 lónh vực
điện tử. Ứng dụng quan trọng nhất là dùng thạch anh tạo dao động chuẩn.
Nhưng thạch anh hiện có trên thò 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.

10MHZ
47P
1k 1k
22k
20P
40pF


III./ CẤU TẠO MẠCH ĐẾM:
Mạch đếm chiếm một vò trí khá quan trọng trong kỹ thuật điện tử nói
chung và trong các thiết bò nói riêng. Mạch đếm được xem như là một công
cụ 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 không thể không nghó 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 nhò phân mà người ta có nhiều mạch đếm với các loại mã
khác nhau, như mạch đếm thập phân, mạch đếm nhò phân.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

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

18
 Dựa vào hướng dẫn:
Người ta chia ra mạch đếm có ba cách:
– Đếm lên.
– Đếm xuống.
– Đếm vòng.

1./ Mạch đếm không đồng bộ:
Trong mạch đếm không đồng bộ, xung đếm được đưa vào đầu vào nhòp
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 không 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 FF
A
, Hình (H.III.1b) trình bày các
dạng sóng của mạch đếm.



Hình III.1a




Hình III.1.b
Các FF sẽ đổi trạng thái khi xung vào cổng Clock đổi từ 1 xuống 0.
Như vậy Q
A

của FF
A
sẽ đổi trạng thái ở cạnh sau của xung vào đầu bằng
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
19
phân nửa. Dạng sóng của Q
A
có tác dụng như xung đồng hồ đối với FF
B
nên
tần số ra ở Q
B
bằng phân nũa tần số Q
A
. Tương tự tần số ở Q
D
bằng phân nữa
tần số ở Q
C
.
Như vậy tác dụng của mạch là chia tiếp tần số, nên sau bốn tầng tần số
của dạng sóng vào được chia cho 2
4
= 16. Điều quan trọng là trong hệ thống
nhò 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 nhò 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 = 15
10
rồi tự động quay về đếm lại từ 0000 = 0
10
, bảng
Hình (H.III.1.c) chỉ ra.


Số xung
vào
Trạng thái ra ngay sau khi có xung
vào
Số thập phân tương ứng
với số nhò phân
Q
D
Q
C
Q
B
Q
A

Xóa
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1

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

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

1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
15
15
0
1
2
Hình III.1.c
 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 nhòp vào của
FF và có thể làm sai lệch kết quả đáng kể.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
20

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 không 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

= 4t
FF
. Như vậy mạch đếm không 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)

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
21



FF
A
đổi trạng thái của nó theo mỗi xung đếm, sau xung đếm thứ nhất Q
A
=
1 cũng như FF
A
, FF
B
,FF
C
, FF
D
đã nhận ra xung đếm thứ nhất ở đầu vào Clock
của nó vì Q
A
= Q
B
= Q
C
= Q
D
= 0 nên khi này đầu vào JK của các FF

B
, FF
C
,
FF
D
tức là Q
B
= Q
C
= Q
D
= 0. Đến xung thứ hai thì J và K của FF
B
= 1 và hai
đầu này được nối với Q
A
còn J và K của FF
C
và FF
D
cũng bằng 0, còn FF
B
đổi
trạng thái từ Q
B
= 0 lên Q
B
= 1, Q
C

và Q
D
vẫn giữ nguyên trạng thái. Ở xung
thứ ba thì Q
B
, Q
C
, Q
D
không đổi trạng thái vì J và K của chúng bằng 0, Q
A
đổi
trạng thái từ 0 – 1 (Q
A
= 1, Q
B
= 1), ở xun g đếm thứ tư J và K của FF
D
bằng
0, còn J và K của FF
A
, FF
B
, FF
C
đều bằbg 1 nên chúng đổi trạng thái Q
A
= 0,
Q
B

= 0, Q
C
= 1,…Xung đếm thứ 17 thì Q
A
= Q
B
= Q
C
= Q
D
= 0.

 Ưu điểm:
- Ít bò nhiễu so với mạch đếm không 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 nhò phân, mà dựa
vào sự di chuyển vòng quanh của một ghi chuyển có hồi tiếp gọi là mạch
đếm vòng. Các mạch đếm vòng không hữu hiệu bằng mạch đếm nhò phân
nhưng do đơn giản hơn và có đặc tính riêng biệt nên đôi khi được sử dụng.
Đặc biệt là các mạch này hoạt động đồng bộ nên có tốc độ giao hoán cao.
Hình(H. III.3a) là sơ đồ cấu tạo của mạch đếm vòng.
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
22

Hình III .3a


Hình III.3b

Hình (III.3a) là biểu diễn dạng sóng ra của mạch đếm vòng.

Giả sử ban đầu FF cuối cùng được đặt ở Q
C
= 1 còn hai FF kia được
xóa để ngõ ra Q
A
= Q
B
= 0. Đồng hồ tác động cạnh sau Q, Q
A
lên 1, Q
B
= 0,
Q
C
xuống 0. Ở xung thứ 2, Q
A
xuống 0, Q
B
lên 1,Q
C
= 0, ở xung thứ 3, Q

A
= 0,
Q
B
= 0, Q
C
lên 1,… Mạch hoạt động như bảng trạnh thái hình Hình(H.III.3c),
mạch chỉ đếm được 3 số tức bằng số tầng FF.

Số xung vào Q
C
Q
B
Q
A

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

5
1
0
0
0
0
1
0
1
0

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
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)



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số

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

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.

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
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
THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN