Mạch tạo dao động và mạch tạo âm thanh ngắt quãng sử dụng IC555. ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

BÀI BÁO CÁO
MÔN HỌC ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG
ĐỀ TÀI : MẠCH TẠO DAO ĐỘNG TẦN SỐ THẤP VÀ MẠCH
TẠO ÂM THANH NGẮT QUÃNG

SINH VIÊN THỰC HIỆN
Trần Tấn Phú
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Trần Đức Hải

Huế, tháng 11 năm 2018
1


MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, và sự bùng nổ của
internet, nhưng điện tử và các mạch điện tử nó vẫn là thứ gắn liền với sự phát triển
của công nghệ và của thời đại.
Việc ra đời và phát triển các thiết bị điện tử là điều cần thiết. Với cá nhân sinh viên
chúng em thì việc học và nghiên cứu cũng là điều cần thiết để giúp củng cố kiến
thứ về môn học, thông qua đó em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài “mạch tạo dao
2

động tần số thấp và tạo âm thanh ngắt quãng sử dụng IC555”. Đây cũng là lần
đầu em làm một mô hình và đề tài như vậy, nên cũng sẽ gặp không ít khó khăn, em
cũng mong được sự góp ý của thầy.
Em xin chân thành cảm ơn !

3


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Mục Đích
- Giúp sinh viên nắm vững lý thuyết, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng của
các mạch điện tử cơ bản cũng như nâng cao trong việc học tập, nghiên cứu
và thực tế.
- Cũng cố kiến thức về môn học điện tử ứng dụng, thông qua đó giúp sinh
viên có thể ứng dụng để giải quyết từng bài toán cụ thể.
1.2 Yêu Cầu
- Mạch phải giải quyết được các vấn đề liên quan đến tính ứng dụng vào trong
thực tế.
- Các thông số về linh kiện phải đảm bảo tính chính xác.
- Phải hiểu rõ được chức năng và vai trò của từng linh kiện trong mạch điện.
- Nắm được các ưu và nhược điểm của mạch để ứng dụng vào trong thực tế.

CHƯƠNG 2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÁC LINH KIỆN
4

2.1 Giới Thiệu Ic Ne555 N
 IC NE555 N gồm có 8 chân.

hình 1 IC NE 555N

- chân số 1(GND): cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC
- chân số 2(TRIGGER): ngõ vào của 1 tần so áp.mạch so áp dùng các
transistor PNP. Mức áp chuẩn là 2*Vcc/3.
- Chân số 3(OUTPUT): Ngõ ra .trạng thái ngõ ra chỉ xác định theo mức volt
cao(gần bằng mức áp chân 8) và thấp (gần bằng mức áp chân 1).
- Chân số 4(RESET): dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối
masse thì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng
thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6.
- Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong
IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối
mase. Tuy nhiên trong hầu hết các mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1
tụ từ 0.01uF ◊ 0.1uF, các tụ có tác dụng lọc bỏ nhiễu giữ cho mức áp chuẩn
ổn định
- Chân số 6(THRESHOLD) : là ngõ vào của 1 tầng so áp khác .mạch so sánh
dùng các transistor NPN .mức chuẩn là Vcc/3.
- Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem như 1 khóa điện và chịu điều khiển
bỡi tầng logic .khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng lại.ngược lại thì

5


nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1
tầng dao động .

- Chân số 8 (Vcc): cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC.Nguồn nuôi cấp
cho IC 555 trong khoảng từ +5v ◊ +15v và mức tối đa là +18v.
2.1.1 Cấu Tạo Bên Trong Và Nguyên Tắc Hoạt Động Của IC555
• Cấu tạo:

hình 2 cấu tạo bên trong của ic555

- Về bản chất thì IC 555 là 1 bộ mạch kết hợp giữa 2 con Opamp , 3điện trở ,
1 con transistor, và 1 bộ Fipflop(ở đây dùng FFRS ).
- 2 op-am có tác dụng so sánh điện áp.
- Transistor để xả điện.
- Bên trong gồm 3 điên trở mắc nối tiếp chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu
tạo này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCCnối vào chân dương của Opamp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vàochân âm của Op-amp 2. Khi điện áp ở
chân 2 nhỏ hơn 1/3VCC, chân S = [1] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6
lớnhơn 2/3 VCC, chân R của FF = [1] và FF được reset.
• Giải thích sự dao động:

6


hình 3 nguyên lý làm việc cảu ic555

- Hình vẽ cho thấy trong IC 555 có 2 tầng so áp. Tầng so áp dưới (LOWER
COMPARATOR), điện áp vào trên chân 2 cho so áp với mức áp ngưỡng là
(1/3)Vcc, ngả ra của tầng só áp tác động vào chân Set của Flip Flop. Tầng so
áp trên (UPPER COMPARATOR), điện áp vào trên chân số 6 cho so áp với
mức áp ngưỡng là (2/3)Vcc, ngả ra của tầng so áp tác động vào chân Reset
của Flip Flop. Như vậy Trạng thái ngả ra của Flip Flip sẽ tùy thuộc vào tác
động của tín hiệu vào trên chân 2 và chân 3.
- Nếu mức áp chân 2 xuống thấp hơn (1/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ tăng

lên mức áp cao.
- Nếu mức áp trên chân 6 lên cao hơn (2/3)Vcc thì ngả ra trên chân 3 sẽ xuống
mức áp thấp.
- Khi chân 3 ở mức áp cao thì transistor T1 sẽ ngưng dẫn (tác dụng như cho
chân 7 hở masse).
- Khi chân 3 ở mức áp thấp thì transistor T1 sẽ bão hòa (tác dụng như cho
chân 7 nối masse).

7


- Chân 4 chân Reset. Khi chân 4 ở mức áp thấp, chân 3 bị chốt ở mức áp thấp,
chỉ khi chân 4 ở mức áp cao, lúc đó chân 3 mới có thể biến đổi theo Flip
Flop.
- Do vậy trong các mạch dao động, người ta thường cho chân 4 nối vào mức
nguồn cao.
2.1.2 Thông Số
-

Điện áp đầu vào : 2 - 18V ( Tùy từng loại của 555 : LM555, NE555,
NE7555..).

-

Dòng tiêu thụ : 6mA - 15mA.

-

Điện áp logic ở mức cao : 0.5 - 15V.

-

Điện áp logic ở mức thấp : 0.03 - 0.06V.

-

Công suất tiêu thụ (max) 600mW.

2.1.3 Chức Năng Của Ic555
-

Tạo xung.

-

Điều chế được độ rộng xung (PWM).

-

Điều chế vị trí xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)…

2.2 Tụ Điện
2.2.1 Khái Niệm
- Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động bao gồm hai mặt dẫn điện gọi là
bản cực tụ, được phân cách bởi một chất cách điện, gọi là điện môi (không
khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh...).
8


hình 4 cấu tạo của tụ điện

-

Giá trị của tụ điện là điện dung, được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F).
Giá trị F là rất lớn nên hay dùng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF),
nano Fara (nF) hay picro Fara (pF).

2.2.2 Phân Loại Tụ Điện
- Tụ phân cực: là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không thể mắc
ngược đầu trong mạng điện DC. Chúng thường là tụ hóa học và tụ tantalium.

hình 5 tụ điện phân cực

- Tụ không phân cực: Là tụ không qui định cực tính, đấu nối "thoải mái" vào
mạng AC lẫn DC.

9


hình 6 tụ không phân cực

2.2.3 Điện Dung, Đơn vị và ký hiệu
- Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ
điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm
chất điện môi và khoảng cách giữa 2 bản cực theo công thức.

- Đơn vị điên dung của tụ điện: Đơn vị là Fara (F), 1F thường là rất lớn nên
trong thực tế chỉ sử dụng micro Fara (uF), nano Fara (nF), pico Fara (pF).

2.3 Điện Trở
2.3.1 Khái Niệm

- Điện trở hay Resistor là một linh kiện điện tử thụ động gồm 2 tiếp điểm kết
nối, thường được dùng để hạn chế cường độ dòng điện chảy trong mạch,
điều chỉnh mức độ tín hiệu, dùng để chia điện áp, kích hoạt các linh kiện
điện tử chủ động như transistor, tiếp điểm cuối trong đường truyền điện và
có trong rất nhiều ứng dụng khác.
10


2.3.2 Hình Dạng, Ký Hiệu Và Quy Ước
 Hình dạng
- Trong các thiết bị điện tử thì điện trở là một linh kiện quan trọng, chúng
được làm từ hợp chất cacbon và kim loại tuỳ theo tỉ lệ pha trộn mà người ta
tạo ra được các loại điện trở với trị số khác nhau.

hình 7 hình dạng điện trở

 Ký hiệu
1.1 Ký hiệu của điện trở trong một Sơ đồ mạch điện thay đổi tùy theo tiêu chuẩn

của mỗi quốc gia. Có hai loại phổ biến như sau:

hình 8 ký hiệu điện trở kiểu mỹ
a) điện trở thường
b) biến trở
c) triết áp

11


hình 9 ký hiệu điện trở theo kiểu (IEC)

 Quy ước
• Khi đọc tài liệu nước ngoài. Các giá trị ghi trên điện trở thường được quy
ước bao gồm 1 chữ cái xen kẽ với các chữ số theo tiêu chuẩn IEC
6006. được dùng để thuận tiện trong đọc ghi các giá trị người ta phân cách
các số thập phân bằng một chữ cái. Ví dụ 8k2 có nghĩa là 8.2 kΩ. 1R2 nghĩa
là 1.2 Ω, và 18R có nghĩa là 18 Ω.
2.3.3 Cách Đọc Trị Số Điện Trở
Bảng 1: Bảng mã màu
màu
Đen
Nâu
đỏ
Cam
Vàng
Lục
Lam
Tím
Xám
Trắng
Hoàng kim
Bạc
Không có gì

Giá trị
0
1
2
3
4

5
6
7
8
9

hệ số nhân
1
10
100
1,000
10,000
100,000
1,000,000
10,000,000

Sai số

0.1
0.01

+-5%
+-10%
+-20

12

+- 1%
+-2%
+-0.5%

+-0.25%
+-0.1%
+-0.05%


 Tính toán giá trị điện trở
•

Đối với điện trở 4 vạch màu:

-

Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở.

-

Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở.

-

Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá
trị điện trở.

-

Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở.

• Đối với điện trở 5 vạch màu:
- Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở.
-

Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở.

-

Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở.

-

Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá
trị điện trở.

-

Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

13


CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ VÀ NGUYÊN LÝ CỦA MẠCH

3.1 Mạch Tạo Dao Động Tần Số Thấp Sử Dụng Ic555
3.1.1 Sơ Đồ Mạch
• Sơ đồ mạch tạo dao động được mô phỏng trên phần mềm protues.

hình 10 mạch tạo dao động tần số thấp.

• Cách đấu nối.

- Sơ đồ trên em thực hiện dung một con LED để đo dao động được tạo
ra từ chân số 3 của IC555.
- Chân số 2 là chân đưa xung vào.
- Để LED khỏi cháy thì ta tiến hành mắc vào đó một con điện trở có giá
trị là 330 ôm.
- Chân số 4 (chân RESET) và số 8 (chân VCC) được nối lên dương
nguồn, và chân số 1 được nối xuống đất. Ngồn cấp ở đây ta dùng
nguồn 9v, đảm bảo nó cung cấp một nguồn vừa đủ để tạo dao động.
- Chân số 3 dùng để xuất ra xung, xung ở đây là xung vuông, hay nó
còn tạo ra một dao động với một tần số có thể điều khiển được.
14


- Ở sơ đồ trên thì ta sử dụng 2 con trở R11, R22 và 2 con tụ C, C1. Để
nhằm điều khiển dao động hay độ rộng của xung được tạo ra từ chân
số 3, thưc hiện nối tiếp trở R11 với R22 và C, sau đó kết nối chân số 7
của IC555 vào giữa 2 điện trở R11 và R22, thực hiện kết nối chân số 6
với sô 2 lại và nối đến đầu ra của R22.
- Chân số 5 được nối với một con tụ C1 với nhiệm vụ chống nhiễu khi
xung được tạo ra.
- Thực hiện kết nối mộ bộ dao động ký đến đầu ra của IC555 để biết
được xung được tạo ra như thế nào, cũng như là dao động như thế
nào.
3.1.2 Nguyên Lý Hoạt Động
- R1 đóng vai trò là nạp điện cho tụ C1 và R2 đóng vai trò phóng điện.
- Tụ C có chức năng là nạp điện và phóng điện.
- Khi đóng mạch dòng điện chạy qua điện trở R1, lúc này R1 tiến hành
nạp điện cho tụ C1
- Tụ C1 sau khi được nạp điện nó sẽ làm cho điện áp trên chân số 2 của
IC55 tăng lên. Nếu điện áp trên chân số 2 bằng 1/3VCC, thì lúc này

điện áp tại chân số 3 của IC tăng lên ở mức cao.
- Khi điện áp tại chân số 3 ở mức cao thì làm cho transistor T1 trong IC
ngưng dẫn, và đèn sáng. Xung được tạo ra.

15


hình 11 xung được tạo ra ở bộ dao động ký

- Tần số dao động tạo ra được tính bằng công thức:
T = 0.7 × (R1 + 2R2) × C1 và f =1.4 / ((R1 + 2R2) × C1).
Trong đó:
T = Thời gian của một chu kỳ toàn phần tính bằng (s)
f = Tần số dao động tính bằng (Hz)
R1 = Điện trở tính bằng ohm (W )
R2 = Điện trở tính bằng ohm ( W )
-

C1 = Tụ điện tính bằng Fara ( W )
Theo mạch ở trên với R1=12k, R2=1200k, C1=1000nF
Suy ra chu kỳ dao động bằng:
T=0.7*(12*10^3+2*1200*10^3)*(1000*10^-6)=1684.4(s).
Suy ra tần số được tạo ra bằng:
F=1,4 / ((12*10^3 + 2*1200*10^3)*(1000*10^-6)) =5,8*10^-4(Hz).
Tần số nó sẽ phụ thuộc vào R1, R2 và C. Để làm thay đổi tần sô dao động
tạo ra ta có thể thay đổi giá trị của tụ C, nếu tăng giá trị C thì tần số tạo ra sẽ
rất nhỏ, và ngược lại.

3.2 Mạch Tạo Âm Thanh Ngắt Quãng Sử Dụng Ic555
3.2.1 Sơ Đồ Mạch

• Sơ đồ mạch tạo âm thanh được mô phỏng trên phần mềm protues.
16


• Cụ thể ở đây là mạch tạo tiếng còi hú (2 nhịp).

hình 12 mạch tạo âm thanh sử dụng ic555

• Cách đấu nối.
- Ở mạch trên ta sử dụng một loa cái loa để nghe âm thanh được phát ra. Và
một đèn led để biết có dao động được tạo ra.
- Mạch sử dụng 2 con IC555 để cung cấp ra âm thanh.
- Mỗi IC555 đều được mắc như trên sơ đồ mạch dao động tần số thấp, với các
linh kiện như trên hình.
- Ở U1 với 2 điện trở R1 trị số 10k và R2 trị số 1000k ta thực hiện nối vào
chân số 7 trực tiếp với nhau và nối vào chân số 7 của U1. Và nối tụ C1 với
trị số 100nF dùng để nạp và phóng điện.
- Xung ra tại chân số 3 của IC U1 được nối vào một con điện trở R5 với trị số
120k với một con tụ C4 với trị số 47uF qua chân số 7 của IC U2.
- Ở U2 thì ta cũng tiến hành lắp mạch như U1 với giá trị của R3=330k,
R4=10k, và C3=10nF.
3.2.2 Nguyên Lý Hoạt Động
- Đối với mạch âm thanh ngắt quãng thì âm thanh thay đổi theo nhịp với tần
số tang hay giảm dần đều trong một khoảng tần số âm thanh. Có nghĩa là kết
hợp 2 tầng dao động.
- Ở sơ đồ trên thì đối với U1 nó sẽ tạo ra một dao động ở tần thấp, còn U2 sẽ
tạo ra một dao động ở tần cao.
17

- Khi mạch đóng thì dòng được cấp qua trở R1 kích hoạt tụ C1 nạp điện quá
trình nạp điện hoàn thành lúc này điện áp tại chân số 2 của U1 được tụ kích
thích nên điện áp tăng lên
- Khi điện áp tại chân số 2 tăng lên bằng 1/3VCC, lúc này điện áp tại chân số
3 tăng lên ở mức điện áp cao. Từ đó làm cho transistor trong U1 ngưng dẫn
và dao động được tạo ra, và dao động được tạo ra ở tần thấp.
- Ở ic U2 thì tụ C3 sẽ được điện trở R3 và R5 nạp điện làm cho quá trình nạp
điện càng nhanh hơn nên dạo động tạo ra sẽ lớn hơn so với U1.
- Qúa trình nạp và phóng điện của tụ C3 cũng giống như tụ C1, từ đó dao
động được tạo ra từ U2, với dao động được tạo ra ở tần cao.
- Qúa trình trên với 2 dao động được tạo ra với tần số thay đổi tang hoặc giảm
liên tục từ đó âm thanh được phát ra từ loa LS1.
3.3 Ưu Và Nhược Điểm Của Các Mạch
- Ưu điểm:
• Với mạch tạo dao động thì ta có thể dễ dàng điểu chỉnh được dao
động mà ta muốn tạo ra.
• Các linh kiện trong mạch thì dễ dàng mua được và nó rất thông dụng
trong đời sống hàng ngày của chúng ta.
• Giá thành để hoàn thành một mạch trên thực tế thì rất rẻ.
- Nhược điểm:
• Tính ứng dụng của mạch sẽ không cao, vì sai số trong quá trình tính
toán cũng như trong quá trình lắp mạch.

KẾT LUẬN
Với các mạch ở bài báo cáo trên chúng ta có thể ứng dụng để làm một máy tạo
xung, hay một còi dung hay dung cho các phượng tiện như xe cảnh sát giao thông
hay các xe cấp cứu.
Bài báo cáo trên cũng chưa phải là bài báo cáo hoàn chỉnh, cũng có sai số trong
quá trình mô phỏng cũng như lắp mạch, với sai số của các điện trở và tụ điện. Qúa
18

trình trình bày cũng như giải thích thì cũng còn nhiều lỗi, em cũng mong thầy(cô)
góp ý để em có thể hoàn thiện hơn.

19