Mach nghich lưu 1 pha

Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn toàn thể quý thầy cô thuộc khoa Điện Tử
Viễn Thông đã giảng dạy và cung cấp các kiến thức nền tảng cho em từ môn kĩ thuật
xung số, đến môn điện tử ứng dụng và đồ án điện tử ứng dụng. Tuy các kiến thức đó chưa
đủ để làm việc trong môi trường thực tế, nhưng lượng kiến thức đó vô cùng quý báo, vì
đó là nền tảng để tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn.
Tiếp theo, em xin chân thành cám ơn thầy Nguyễn Duy Nhật Viễn, thuộc Khoa
Điện Tử Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã cung cấp cho em đề tài Đồ
Án: “Mạch nghịch lưu một pha sử dụng biến áp xung” và tận tình hướng dẫn đề tài cho
em, cũng như trong việc giúp em tìm và đưa ra các hướng giải quyết vấn đề. Tuy không
có nhiều thời gian làm dự án này xuyên suốt với thầy, nhưng nhờ những gợi ý của thầy
mà em có thể thuận lợi giải quyết được các vấn đề trong dự án và hoàn thành tốt được đề
tài đồ án môn học
Và em cũng chân thành cám ơn trường Đại học Đà Nẵng đã cung cấp cho em một
môi trường học tập với đầy đủ các trang thiết bị và tài liệu học tập và nghiên cứu trong 4
năm học vừa qua.
Cuối cùng em xin chúc trường Đại học Đà Nẵng ngày càng phát triển và mở rộng
quy mô, đạt chuẩn chất lượng của khu vực và thế giới, cung cấp đầu ra nguồn nhân lực
chất lượng cao. Và em xin chúc quý thầy cô thuộc khoa Điện Tử Viễn Thông dồi dào sức
khoẻ và thành công trong cuộc sống.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 12 năm 2018
Sinh viên
Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

1

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................................ 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................................... 4
Nhận xét giáo viên hướng dẫn .............................................................................................................. 5
1
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI MẠCH NGHỊCH LƯU 1 PHA ....................... 6
1.1 Yêu cầu thiết kế. ...................................................................................................................... 6
1.2 Phân tích yêu cầu đề tài........................................................................................................... 6
1.3 Mục đích làm đề tài. ................................................................................................................ 6
1.4 Ý nghĩa của đề tài. ................................................................................................................... 6
2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU .......................................... 7
2.1 Giới thiệu về mạch nghịch lưu. ............................................................................................... 7
2.2 Khái niệm và phân loại nghịch lưu. ........................................................................................ 7
2.2.1
Khái niệm. ....................................................................................................................... 7
2.2.2
Phân loại: ........................................................................................................................ 7

2.3 Lựa chọn bộ nghịch lưu........................................................................................................... 8
2.4 Kết luận chương. ..................................................................................................................... 8
3
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN CÓ TRONG MẠCH .............. 9
3.1 Điện trở. ................................................................................................................................... 9
3.1.1
Phân loại và ký hiệu. ....................................................................................................... 9
3.1.2
Thông số kỹ thuật. ........................................................................................................ 10
3.1.3
Ứng dụng tiêu biểu........................................................................................................ 11
3.2 Tụ điện. .................................................................................................................................. 11
3.2.1
Cấu tạo. ......................................................................................................................... 11
3.2.2
Ký hiệu đơn vị và trị số. ................................................................................................ 12
3.2.3
Phân loại........................................................................................................................ 12
3.2.4
Phương trình nạp xã của trụ. ....................................................................................... 12
3.2.5
Ứng Dụng của tụ điện. .................................................................................................. 12
3.3 Diode. ..................................................................................................................................... 14
3.3.1
Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn. ........................................................... 14
3.3.2
Phân cực thuận cho Diode. ........................................................................................... 15
3.4 BJT......................................................................................................................................... 15
3.4.1
Cấu tạo và ký hiệu. ....................................................................................................... 15

3.4.2
Phân loại........................................................................................................................ 15
3.4.3
Các thông số kỹ thuật của BJT..................................................................................... 15
3.4.4
Phân cực cho BJT. ........................................................................................................ 17
3.4.5
Ứng dụng của BJT. ....................................................................................................... 17
3.5 MosFest. ................................................................................................................................. 18
3.5.1
Phân loại........................................................................................................................ 18
3.5.2
Cấu tạo và ký hiệu. ....................................................................................................... 18
3.5.3
Các thông số kỹ thuật của Mosfet. ............................................................................... 18
3.5.4
Nguyên lý hoạt động. .................................................................................................... 19
3.5.5
Ứng dụng của Mosfet. ................................................................................................... 19
3.6 OP-AMP. ............................................................................................................................... 19
3.6.1
Cấu tạo và ký hiệu. ....................................................................................................... 19
3.6.2
OP-AMP có cấu tạo như hình vẽ. ................................................................................. 19
3.6.3
AMP lý tưởng và OP-AMP thực tế .............................................................................. 20
3.6.4
Ký hiệu của OP-AMP. .................................................................................................. 20
3.6.5
Nguyên lý hoạt động. .................................................................................................... 20

3.6.6
Ứng Dụng chính của OP-AMP. .................................................................................... 20
2

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.7 Vi mạch định thời IC555. ...................................................................................................... 22
3.7.1
Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555. ......................................................................... 22
3.7.2
Ứng Dụng IC555. .......................................................................................................... 23
3.8 IC chia xung CD4017. ........................................................................................................... 27
3.8.1
Giới thiệu IC4017 và một số hình ảnh. ......................................................................... 27
3.8.2
Sơ đồ chân và tác dụng của từng chân ......................................................................... 27
3.8.3
Xung clock và sơ đồ nguyên lý làm việc của CD4017. ................................................. 28
3.9 Máy biến áp xung .................................................................................................................. 29
3.9.1
Đặc điểm chung của máy biến áp xung ........................................................................ 29

3.9.2
Máy biến áp xung khác máy biến áp thường ở chỗ nào? ............................................ 29
3.10 Cấu tạo................................................................................................................................... 29
3.10.1 Nguyên tắc hoạt động. .................................................................................................. 29
4
Chương 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG MẠCH NGHỊCH LƯU.30
4.1 Nội dung của chương 4: ........................................................................................................ 30
4.2 Yêu cầu thiết kế. .................................................................................................................... 30
4.2.1
Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha....................................................................... 31
4.2.2
Phân tích sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha. ...................................................... 32
4.3 Thiết kế. ................................................................................................................................. 32
4.3.1
Thiết kế mạch Astable. ................................................................................................. 32
4.3.2
Thiết kế mạch vi phân. ................................................................................................. 35
4.3.3
Thiết kế mạch Monostable............................................................................................ 36
4.3.4
Thiết kế mạch kích Mosfet. .......................................................................................... 38
4.3.5
Thiết kế máy biến áp xung............................................................................................ 41
4.3.6
Thiết kế mạch hồi tiếp và ổn định điện áp. .................................................................. 43
4.4 Tổng Kết Chương 3. .............................................................................................................. 46
5
Kết luận Luận và hướng phát triển đề tài. ................................................................ 47

3

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 : Một số loại điện trở có trong thực tế .......................................................................... 9
Hình 2: Kí hiệu các loại điện trở .............................................................................................. 9
Hình 3: Ví dụ cầu phân áp...................................................................................................... 11
Hình 4: Một số tụ điện có có trong thực tế ............................................................................. 11
Hình 5: Tụ biến đổi hoặc tụ xoay
Hình 6:Tụ bán chỉnh hoặc tụ chỉnh .................. 12
Hình 7: Mạch lọc LC .............................................................................................................. 12
Hình 8: Sơ đồ mạch vi phân và dạng sóng ............................................................................. 13
Hình 9: Một số hình ảnh diode ngoài thực tế ......................................................................... 14
Hình 10: Cấu tạo của diode .................................................................................................... 14
Hình 11: Cấu tạo và hình dáng diode..................................................................................... 14
Hình 12: P-N-P Transistor
Hình 13:N-P-N Transistor ....................................... 15
Hình 14: Mạch phân cực dùng 2 nguồn điện khác nhau ....................................................... 17
Hình 15: Mạch phân cực có hồi tiếp....................................................................................... 17
Hình 16: Mạch phân cực có hồi tiếp....................................................................................... 17
Hình 17: Mosfet kênh N

Hình 18: Mosfet kênh P .................................................... 18
Hình 19: Cấu tạo OPAMP ...................................................................................................... 19
Hình 20: Kí hiệu OPAMP ....................................................................................................... 20
Hình 21: Mạch trừ .................................................................................................................. 20
Hình 22: các chân của IC 555 ................................................................................................. 22
Hình 23: Sơ đồ khối của IC 555.............................................................................................. 22
Hình 24: Sơ đồ mạch không trạng thái bền và dạng sóng ..................................................... 23
Hình 25: Sơ đồ mạch và dạng sóng một trạng thái bền......................................................... 25
Hình 26: IC CD4017 ngoài thực tế ......................................................................................... 27
Hình 27: Sơ đồ chân CD4017 ................................................................................................. 27
Hình 28: Sơ đồ khối của IC CD4017 ...................................................................................... 28
Hình 29: Biến áp xung ngoài thực tế ...................................................................................... 29
Hình 30: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu 1 pha ................................................................ 31
Hình 31: Sơ đồ khối mạch tạo xung 66kHz........................................................................... 33
Hình 32: Dạng sóng mạch tạo xung 66kHz ............................................................................ 34
Hình 33: Sơ đồ mạch vi phân ................................................................................................. 35
Hình 34: Sơ đồ nguyên lý monostable ................................................................................... 36
Hình 35: Sơ đồ dạng sóng mạch Monostable ......................................................................... 37
Hình 36: Sơ đồ nguyên lý mạch kích mosfet .......................................................................... 38
Hình 37: Sơ đồ đặc tuyến IRFZ44 .......................................................................................... 39
Hình 38: Mặt cắt của biến áp xung ........................................................................................ 41
Hình 39: Sơ đồ nguyên lý bộ hồi tiếp ..................................................................................... 43
Hình 40: Sơ đồ mạch khuếch đại sai lệch............................................................................... 43
Hình 41: Sơ đồ cầu phân áp.................................................................................................... 44
Hình 42: Dạng sóng mạch tạo xung 63kHz ............................................................................ 45
Hình 43: Dạng sóng mạch tạo xung 33kHz ............................................................................ 45
Hình 44: Dạng sóng đầu ra của mạch Mono khi chưa có tải ................................................ 45
Hình 45: Dạng sóng kích ở cầu H .......................................................................................... 46

4

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

Nhận xét giáo viên hướng dẫn
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

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

5

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2

Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

1 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI MẠCH NGHỊCH

LƯU 1 PHA
1.1 Yêu cầu thiết kế.






Điện áp đầu vào một chiều: U=12V.
Điện áp đầu ra xoay chiều : U=220V
Tần số: 50Hz
Công suất: 300W.
Sản phẩm yêu cầu mĩ thuật, kỹ thuật. Đảm bảo an toàn về mặt thí nghiệm, kiểm tra
sản phẩm.

1.2 Phân tích yêu cầu đề tài.
 Với yêu cầu của đề tài khi đó chúng ta phải thiết kế một bộ nghịch lưu cho ra điện
áp xoay chiều là 220V từ nguồn ắc quy 12V, tần số đo đầu ra là 50Hz, công suất ra
của bộ nghịch lưu là 300W.
 Mạch lấy nguồn ắc quy 12V cấp trực tiếp cho mạch. Mạch sử dụng biến áp xung ở
đây như bộ kích nhằm kích nguồn áp lên giá trị cao hơn nhiều lần so với giá trị áp
ban đầu.

 Đề tài ở đây là mạch công suất vì vậy linh kiện được sử dụng phần lớn là linh kiện
công suất. Mạch sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất như Transistor,
MOSFET,OPAMP.. IC tạo xung NE555, và đặc biệt là biến áp xung nhỏ gọn, với
tần số kích lớn cũng như công suất đầu ra lớn.

1.3 Mục đích làm đề tài.
•

•

Nghiên cứu thiết kế và thi công mạch nghịch lưu ứng dụng trong các thiết bị biến
đổi điện 1 chiều từ acquy để phụ vụ vung cấp điện cho các hộ dân vùng sau vùng
xa chưa tiếp cận được với lưới điện.
Đề tài ứng dụng từ kiến thức của các môn học phần tiên quyết đã học các kì
trước như điện tử ứng dụng, kĩ thuật xung số, kĩ thuật điện tử..

1.4 Ý nghĩa của đề tài.
 Để giúp sinh viên có thể củng cố kiến thức tổng hợp, nâng cao kiến thức
chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế.
 Giúp sinh viên nắm được một cách tổng quan về các linh kiện bán dẫn, ic tạo
xung, biến áp xung…
 Những kết quả thu được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên là sẽ giúp
chúng em hiểu sâu hơn về các bộ nghịch lưu, các phương pháp biến đổi điện
áp. Từ đó sẽ tích lũy được kiến thức cho các môn học tiếp theo cũng như sau
này đi làm.

6

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh

Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

2

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MẠCH NGHỊCH LƯU
2.1 Giới thiệu về mạch nghịch lưu.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và nhu cầu sử dụng đa dạng về dòng
điện xoay chiều và dòng điện một chiều. Điều này đòi hỏi phải có sự biến đổi lẫn nhau
giữa xoay chiều và một chiều trong cùng một hệ thống công nghệ. Trong phần này chúng
ta sẽ đi khái quát về mạch nghịch lưu 1 pha để thấy được sự cần thiết của nó trong đời
sống hiện nay.

2.2 Khái niệm và phân loại nghịch lưu.
2.2.1 Khái niệm.
 Nghịch lưu độc lập là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay
chiều có tần số ra có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập.
 Nguồn điện một chiều thông thường là điện áp chỉnh lưu, acquy và các nguồn
điện một chiều độc lập khác.
 Nghịch lưu độc lập và biến tần được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như
cung cấp điện từ các nguồn độc lập như acquy, các hệ truyền động xoay chiều, giao
thông, truyền tải điện năng, luyện kim…

2.2.2 Phân loại:

Có rất nhiều cách phân loại mạch nghịch lưu nhưng phổ biến nhất mọi người vẫn
thường phân loại theo:
 Phân loại theo sơ đồ: ví dụ nghịch lưu 1 pha và nghịch lưu 3 pha
 Phân loai theo quá trình điện từ xảy ra trong nghịch lưu: Nghịch lưu áp, nghịch
lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng.

2.2.2.1

Nghịch Lưu Dòng.
Nghịch lưu dòng là thiết bị biến đổi nguồn dòng một chiều thành dòng xoay chiều
có tần số tùy ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ biến
đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào Ld thường có giá trị lớn vô cùng để
dòng điện là liên tục.

2.2.2.2

Nghịch lưu áp.
 Nghịch lưu áp là thiết bị dùng để biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp với
đầu ra xoay chiều và tần số tùy thuộc vào yêu cầu của người sử dụng.
 Nguồn áp được dùng rất phổ biến trong thực tế. Khi sử dụng nguồn áp thì đầu ra
có thể được điều chế theo nhiều phương pháp khác nhau để có thể lọc được các
dạng sóng điều hòa bậc cao ở đầu ra.
 Khi công nghệ bán dẫn phát trển mạnh. Công suất truyền tải điện của các thiết bị
bán dẫn ngày càng lớn. Những van động lực như IGBT, MOSFE, GTO .v.v. có
công suất lớn và kích thước trở nên nhỏ gọn. Do đó nghịch lưu áp trở nên thông
dụng và được chuẩn hóa trong các bộ biến tần công nghiệp.
7

SVTH: Trần Ngọc Linh

Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

2.2.2.3

Nghịch lưu cộng hưởng.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lưu cộng hưởng là quá trình chuyển mạch của van
dựa vào hiện tượng cộng hưởng. Giá trị điện cảm không lớn như nghịch lưu dòng ( Ld
= ) và không nhỏ hơn nghịch lưu áp ( Ld = 0 ), mà chiếm một vị trí trung gian sao
cho khi kết hợp với điện cảm của tải Lt và tụ điện C thì trong mạch sẽ xuất hiện hiện
tượng dao động .

2.2.2.4

Nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM.
Các bộ nghịch lưu đã trình bày ở trên có điện áp ra có chứa nhiều sóng hài. Để
nâng cao chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu, bộ nghịch lưu
điều biến độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation) được đưa ra nghiên cứu và ứng
dụng.
Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của một bộ nghịch lưu là mức độ gần sin chuẩn
của điện áp và dòng điện đầu ra. Trong tất cả các bộ nghịch lưu thì bộ nghịch lưu điều
biến độ rộng xung được đánh giá là bộ nghịch lưu cho phép đưa ra dạng sóng gần
sin nhất.

Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là mỗi nửa chu kỳ dòng điện hay điện áp
ra gồm nhiều đoạn hình chữ nhật có độ rộng thích hợp.

2.3 Lựa chọn bộ nghịch lưu.
Như vậy đề tài mà nhóm chọn là mạch nghịch lưu điều chế độ rộng xung với thiết kế
đơn giản, ổn định điện áp đầu ra tiết kiệm được năng lượng, năng suất cao.
Trong đề tài này được chia thành các khối chức năng cần thiết kế như sau:
 Khối tạo xung.
+ Tạo xung 66kHz (Astable)..
+Khối chia xung thành 33kHz.
+Khối vi phân và điều biến độ rộng xung(Monostable).
 Khối công suất
+Kích mosfet để biến áp xung hoạt động.
+Khối biến áp xung và chỉnh lưu.
 Khối hồi tiếp và ổn định điện áp đầu ra.
+Cầu phân áp và tạo điện áp chuẩn.
+ Mạch khuếch đại sai lệch.
 Mạch cầu H

2.4 Kết luận chương.
Nghịch lưu một pha được ứng dụng rất nhiều trong đời sống và đặc biệt trong sử dụng
biến dòng một chiều từ acquy thành nguồn xoay chiều. Nhóm đã lựa chọn nghịch lưu áp
để tính toán thiết kế vì sự phố biến, nguồn tài liệu nhiều, dễ điều chỉnh thông số đầu ra.
Mạch sẽ sử dụng công nghệ điều biến độ rộng xung để ổn định điện áp đầu ra. Tần số đầu
ra sẽ dễ lọc hơn.
8

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÁC LINH KIỆN CÓ

TRONG MẠCH
Trong chương này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về những kiến thức của các linh kiện điện
tử. Cơ sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động và công thức tính toán cho từng khối thành phần
có trong bộ nghịch lưu.
Từ khi mạch điện tử ra đời, các linh kiện điện tử thụ động đã trở thành những phần tử
chính của mạch. Sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu các linh kiện thụ động phổ biến như
điện trở, cuộn dây, tụ điện.

3.1 Điện trở.

Hình 1 : Một số loại điện trở có trong thực tế

3.1.1 Phân loại và ký hiệu.
a. Điện trở có giá trị xác định:
- Điện trở than ép.
- Điện trở dây quấn.
- Điện trở màng mỏng.
b. Điện trỏ có giá trị thay đổi được.
- Biến trở.
- Nhiệt trở, gồm có 2 loại là: nhiệt trở có hệ số âm và nhiệt trở có hệ số dương

- Điện quang trở.
c. Ký hiệu.

Hình 2: Kí hiệu các loại điện trở
9

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.1.2 Thông số kỹ thuật.
a) Giá trị điện trở
Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở. Yêu cầu cơ bản
đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian, ... Điện trở dẫn
điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại.
Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.
Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo
công thức sau:
R=

.

(2.2.1a)

Trong đó: ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu
L là chiều dài dây dẫn
S là tiết diện dây dẫn
R là điện trở đơn vị là Ohm

Trong thực tế điện trở được sản xuất với một số thang giá trị xác định. Khi tính toán lý
thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị được tính.
b) Sai số
Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định,
được tính theo %.
c) Công suất tối đa cho phép
Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên R với
công suất:
P = U.I = I2. R (2.2.1b)
Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho
điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có thể tản nhiệt tốt.
Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu được nếu
quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy.
Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt.
Pmax = U2max/R = I2max.R (2.2.1c)

10

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2

Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.1.3 Ứng dụng tiêu biểu.
Điện trở có mặt hầu hết trong mọi mạch điện tử, và sau đây ta chỉ xét tới ứng dụng
của điện trở trong cầu phân áp.
Điện trở được mắc thành cầu phân áp để có được một điện áp
theo ý muốn từ một điện áp cho trước. Từ nguồn Vin, thông qua
cầu phân áp R1 và R2 ta lấy ra điện áp Vout. Khi đó, Vout phụ
thuộc vào giá trị hai điện trở R1 và R2. theo công thức.
=

=> Vout = Vin.

(2.2.1d)

Thay đổi giá trị R1 hoặc R2 ta sẽ thu được điện áp U1 theo ý
muốn

Hình 3: Ví dụ cầu phân áp

3.2 Tụ điện.
Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bới hai bản cực
đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ
nguyên lý phóng nạp.
Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách
lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanh dòng điện.
Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện

xoay chiều.

Hình 4: Một số tụ điện có có trong thực tế

3.2.1 Cấu tạo.
Bên trong tụ điện gồm hai bản cực kim loại được đặt cách điện với nhau bởi một lớp
điện môi. Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ
tinh... Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng như tụ
giấy, tụ gốm, tụ hóa, ...
11

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.2.2 Ký hiệu đơn vị và trị số.
Ký hiệu tụ điện: Tụ điện có ký hiệu là C
Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường
dùng các đơn vị nhỏ hơn như: 1F=106 µF = 109 nF = 1012 pF

3.2.3 Phân loại.
 Tụ không phân cực
 Tụ có phân cực

 Tụ xoay

Hình 5: Tụ biến đổi hoặc tụ xoay

Hình 6:Tụ bán chỉnh hoặc tụ chỉnh

3.2.4 Phương trình nạp xã của trụ.
Phương trình nạp của tụ: Vc (t) = [Vc (∞) – Vc (0) ](1Phương trình xả của tụ: vc(t) = [ vc(0) – vc(∞) ](1-

) + Vc (0). (2.2.4a).
) + vc(∞) . (2.2.4b)

3.2.5 Ứng Dụng của tụ điện.
a. Mạch lọc LC.
Bộ lọc LC thực chất là sự kết hợp giữa hai bộ lọc điện cảm và tụ điện., do vậy để
lọc hiệu quả vẫn phải tuân thủ các nguyên tắc: XL >> RT; XC << RT.
Khi đảm bảo điều kiện trên ta vẫn có thành phần U0 được đưa toàn bộ ra tải, còn
thành phần xoay chiều bị giữ (lọc) lại toàn bộ ở khâu lọc.

Hình 7: Mạch lọc LC

Các tham số L và C có quan hệ:
L. C =

10. (k
m

+ 1)

[µ. F. H]

12

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

Thường chọn trước trị số điện cảm L theo biểu thức sau:
L ˃ Lmin =
đ

4.
. w. (mđ

− 1)

[ H]

Trong đó
mđ : số lần đập mạch của điện áp chỉnh lưu trong một chu kỳ của thành phần điện
áp nguồn xoay chiều.
w: Tần số góc của thành phần điện áp xoay chiều.
RT: Điện trở của tải

ksb: hệ số san bằng để đánh giá hiệu quả của bộ lọc.
b. Mạch Vi phân.

Hình 8: Sơ đồ mạch vi phân và dạng sóng

Mạch xén dung để tạo điện áp kích cho IC555 Monostable.

* 0 ≤ t < t1:
vAb =VCC, tụ không được nạp
Điện áp ra: vvp = vAb= VCC

* t1 ≤ t < t2:
vAb =0, tụ được nạp từ nguồn VCC qua R hướng đến giá trị VCC, áp ra tăng từ 0
→ gần VCC

* t2 ≤ t < t3:
vAb = VCC, tụ C xả điện qua D và R cho đến khi vC = 0V và điện áp ra Vvp ≈ vi ≈ VCC.

13

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.3 Diode.

Hình 9: Một số hình ảnh diode ngoài thực tế

3.3.1 Tiếp giáp P – N và Cấu tạo của Diode bán dẫn.
Khi đã có được hai chất bán dẫn là P và N , nếu ghép hai chất bán dẫn theo một tiếp
giáp P – N ta được một Diode, tiếp giáp P -N có đặc điểm : Tại bề mặt tiếp xúc, các điện
tử dư thừa trong bán dẫn N khuyếch tán sang vùng bán dẫn P để lấp vào các lỗ trống =>
tạo thành một lớp Ion trung hoà về điện => lớp Ion này tạo thành miền cách điện giữa hai
chất bán dẫn.

Hình 10: Cấu tạo của diode

Hình 11: Cấu tạo và hình dáng diode
14

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.3.2 Phân cực thuận cho Diode.
Khi ta cấp điện áp dương (+) vào Anôt (vùng bán dẫn P) và điện áp âm (-) vào Katôt (vùng

bán dẫn N), khi đó dưới tác dụng tương tác của điện áp, miền cách điện thu hẹp lại, khi
điện áp chênh lệch giữ hai cực đạt 0,6V (với Diode loại Si) hoặc 0,2V (với Diode loại Ge)
thì diện tích miền cách điện giảm bằng không => Diode bắt đầu dẫn điện. Nếu tiếp tục tăng
điện áp nguồn thì dòng qua Diode tăng nhanh nhưng chênh lệch điện áp giữa hai cực của
Diode không tăng (vẫn giữ ở mức 0,6V)

3.4 BJT.
Tranzito lưỡng cực nối hay BJT (Bipolar junction transistor) là một loại linh kiện bán
dẫn, có 3 cực là B (base - cực nền), C (collector - cực thu), E (emitter - cực phát). Đây là
một linh kiện vô cùng quan trọng và có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật điện tử.

3.4.1 Cấu tạo và ký hiệu.
Transistor gồm 3 lớp bán dẫn loại P và loại N ghép lại với nhau. Do đó có hai loại
transistor là NPN và PNP tương ứng với 2 cách sắp xếp 3 lớp bán dẫn trên.

Hình 12: P-N-P Transistor

Hình 13:N-P-N Transistor

3.4.2 Phân loại.
Transistor có rất nhiều loại với hàng tá chức năng chuyên biệt khác nhau
Transistor lưỡng cực (BJT - Bipolar junction transistor)
 Transistor hiệu ứng trường (Field-effect transistor)
 Transistor mối đơn cực UJT (Unijunction transistor)
Trong đó, transistor lưỡng cực BJT là phổ biến nhất. Có nhiều người thường xem
khái niệm transistor như là transistor lưỡng cực BJT. Do vậy bạn nên chú ý đến điều đó
để tránh nhầm lẫn cho mình.


3.4.3 Các thông số kỹ thuật của BJT.

Các ký hiệu ở đây được sử dụng cho transistor loại NPN. Transistor loại PNP cũng có
những thông số hoàn toàn tương tự. Chúng được nhà sản xuất ghi rất cụ thể trong tài liệu
kĩ thuật của mỗi loại transistor.
15

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

a. Dòng điện cực đại qua cực Base IB




Mỗi loại transistor có các mức dòng IB cực đại khác nhau, đừng nghĩ rằng
transistor càng to và hầm hố thì IB cực đại sẽ càng lớn hay ngược lại.
Nếu dòng điện qua cực Base của transistor vượt quá mức IB cực đại, nó có thể
làm hỏng transistor. Do vậy người ta luôn mắc nối tiếp với cực Base một điện trở
hạn dòng.

b. Hệ số khuếch đại hFE (β)






Là tỉ số IC / IB đặc trưng cho khả năng khuếch đại dòng điện của transistor. Mỗi
loại transistor có một mức hệ số khuếch đại khác nhau. Trong những điều kiện
làm việc khác nhau, hFE cũng khác nhau.
Với các transistor có hFE lớn, bạn chỉ cần một dòng IB nhỏ là đã có thể kích cho
nó mở hoàn toàn.
hFE thường có trị số từ vài chục đến vài ngàn.

c. Cường độ dòng điện cực đại IC
là dòng điện tối đa mà transistor có thể mở cho nó đi vào ở cực Collector. Các loại
transistor lớn nhất thường chỉ có IC tối đa khoảng 5A và đòi hỏi phải có quạt tản
nhiệt.

d. Hiệu điện thế:






UCE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Emitter của transistor. UCE
thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt. Các dự án Arduino hầu hết đều
chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều
đến thông số này.
UCB: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Collector và Base của transistor. UBE
thường chỉ có trị số từ vài chục đến vài trăm volt Các dự án Arduino hầu hết đều
chạy ở mức 5V hoặc thấp hơn, do đó bạn cũng không cần phải quan tâm nhiều

đến thông số này.
UBE: hiệu điện thế tối đa giữa 2 cực Base và Emitter của transistor (là hiệu UB UE). Với dòng hoạt động nhỏ, UBE gần bằng 0V. Với dòng lớn hơn, UBE sẽ tăng
lên lên khá nhanh. Với đa phần transistor, UBE hiếm khi vượt quá 5V.

e. Công suất tiêu tán năng lượng tối đa
Đặc trưng cho công suất hoạt động lớn nhất của transistor, có giá trị bằng tích UCE *
ICE. Một số loại transistor lớn có công suất lên đến 65W như TIP120/121/122 và tỏa
ra rất nhiều nhiệt lượng nên cần phải gắn thiết bị tản nhiệt, một số khác như 2N3904
thì chỉ là 625mW và không cần tản nhiệt.

16

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.4.4 Phân cực cho BJT.
a. Mạch phân cực dùng hai nguồn điện khác nhau.

Hình 14: Mạch phân cực dùng 2 nguồn điện khác nhau

b. Mach phân cực có điện trở phân áp
Để có thể khuếch đại được nhiều nguồn tín hiệu mạnh yếu khác nhau, thì mạch

phân cực thường sử dụng thêm điện trở phân áp Rpa đấu từ B xuống Mass.

Hình 15: Mạch phân cực có hồi tiếp

c. Mạch phân cực có hồi tiếp.
Là mạch có điện trở phân cực đấu từ đầu ra
(cực C) đến đầu vào (cực B) mạch này có tác dụng
tăng độ ổn định cho mạch khuyếch đại khi hoạt
động.

Hình 16: Mạch phân cực có hồi
tiếp

3.4.5 Ứng dụng của BJT.
BJT có thể xem là một linh kiện quan trọng nhất trong các thiết bị điện tử, các loại IC
thực chất là các mạch tích hợp nhiều BJT trong một linh kiện duy nhất. Trong mạch điện,
BJT được dùng để khuyếch đại tín hiệu Analog, chuyển trạng thái của mạch Digital, sử
dụng làm các công tắc điện tử, làm các bộ tạo dao động v v...
17

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.5 MosFest.
Mosfet còn gọi transistor trường là một loại transistor hiệu ứng trường thuộc nhóm các
linh kiện bán dẫn, sử dụng điện trường để kiểm soát tác động đến độ dẫn của kênh dẫn của
vật liệu bán dẫn.

3.5.1 Phân loại.
Mosfet chia làm 2 loại:
- Mosfet kênh có sẵn (D – MOSFET = Depletion MOSFET).
- Mosfet kênh cảm ứng (E – MOSFET = Enhancement MOSFET).
Trong mỗi loại MOSFET có hai loại là kênh dẫn loại P và kênh loại N.

3.5.2 Cấu tạo và ký hiệu.
a. Cấu tạo:

Hình 17: Mosfet kênh N

Trong đó:

Hình 18: Mosfet kênh P

G: Gate gọi là cực cổng
S: Source gọi là cực nguồn
D: Drain gọi là cực máng
b. Ký hiệu.

3.5.3 Các thông số kỹ thuật của Mosfet.
Trước khi bắt đầu chúng ta cần biết các thông số kỹ thuật cần quan tâm của các linh kiện
sử dụng trong mạch.
MOSFET kênh N và kênh P

Rds: trở nội bão hòa – điện trơ bé nhất giữa 2 đầu D-S
Uds: Điện áp tối đa giữa 2 đầu D-S
mà

mosfet có thể chịu được (càng cao
càng
tốt)

Id: Dòng điện tối đa mà mosfet chịu được (càng cao càng tốt)

Tần số hoạt động tối đa (phụ thuộc vào tụ ký sinh giữa các cặp cực)
 Đồ thị dòng Id theo Ugs (để cấp đủ áp mở mosfet).

18

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.5.4 Nguyên lý hoạt động.
Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở. Do là một phần tử với các hạt mang điện cơ
bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao.
+ Đối với kênh N: Điện áp điều khiển mở Mosfet là UGS > 0. Dòng điện đi từ S đến D.

+ Đối với kênh P: Điện áp điều khiển mở Mosfet là UGS ≤ 0. Dòng điện đi từ D đến S.

3.5.5 Ứng dụng của Mosfet.
Mosfet có khả năng đóng nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó được sử dụng
nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường. Vì do đóng cắt nhanh làm cho dòng điện
biến thiên.
Nó thường thấy trong các bộ nguồn xung và cách mạch điều khiển điện áp cao.

3.6 OP-AMP.
Vi mạch khuếch đại thuật toán (OP-AMP) là mạch điện tử có chức năng khuếch
đại tín hiệu (điện áp, dòng điện). Nhờ sự phát triễn của công nghệ bán dẫn mà OP-AMP
ngày càng trở nên tin cậy, kích thước nhỏ và ổn định nhiệt, …và trở thành thành phần
không thể thiếu trong các mạch điện tử.

3.6.1 Cấu tạo và ký hiệu.
3.6.2 OP-AMP có cấu tạo như hình vẽ.

Hình 19: Cấu tạo OPAMP

- Khối 1: Đây là tầng khuếch đại vi sai (Differential Amplifier), nhiệm vụ khuếch đại độ
sai lệch tín hiệu giữa hai ngõ vào v+ và v-. Nó hội đủ các ưu điểm của mạch khuếch đại vi
sai như: độ miễn nhiễu cao; khuếch đại được tín hiệu biến thiên chậm; tổng trở ngõ vào
lớn ...
- Khối 2: Tầng khuếch đại trung gian, bao gồm nhiều tầng khuếch đại vi sai mắc nối tiếp
nhau tạo nên một mạch khuếch đại có hệ số khuếch đại rất lớn, nhằm tăng độ nhay cho
Op-Amps. Trong tẩng này còn có tầng dịch mức DC để đặt mức phân cực DC ở ngõ ra.
- Khối 3: Đây là tầng khuếch đại đệm, tần này nhằm tăng dòng cung cấp ra tải, giảm tổng
trở ngõ ra giúp Op-Amps phối hợp dễ dàng với nhiều dạng tải khác nhau.

19

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.6.3 AMP lý tưởng và OP-AMP thực tế
Để đơn giản trong việc tính toán trên OP-AMP, có thể tính toán trên OP-AMP lý
tưởng sau đó thực hiện bổ chính các thông số trong mạch. Để có được một cái nhìn tổng
quan giữa OP-AMP thực tế và OP-AMP lý tưởng, có thể so sánh một vài thông số giữa
chúng như bảng sau:
OP-AMP thực tế
OP-AMP lý tưởng
Hệ số khuếch đại điện áp vòng hở: A0= ∞
Tổng trở ngõ vào Ri = ∞
Tổng trở ngõ ra R0 = 0
Dòng vào i(+) = i(-)

A0 có giá trị hữu hạn
Tổng trở ngõ vào Ri = 106 - 1013 Ω
Tổng trở ngõ ra R0 có giá trị nhỏ
Dòng vào lệch 20-30nA

3.6.4 Ký hiệu của OP-AMP.

V (-):
Ngõ vào đảo.
V (+): Ngõ vào không đảo.
Vs+/Vs-:
Nguồn cung cấp
Vout/V0:
Ngõ ra
Hình 20: Kí hiệu OPAMP

3.6.5 Nguyên lý hoạt động.
Dựa vào ký hiệu của OP-AMP ta có đáp ứng tín hiệu ngõ ra Vo theo các cách đưa
tín hiệu ngõ vào như sau:
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo, ngõ vào không đảo nối mass: Vout = A0. V+
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào không đảo, ngõ vào đảo nối mass: Vout = A0. V- Đưa tín hiệu vào đổng thời trên hai ngõ vào (tín hiệu vào vi sai so với mass):
Vout = A0. (V+ - V-) = A0. (ΔVin)
Với A0 là hệ số khuếch đại điện áp vòng hở.

3.6.6 Ứng Dụng chính của OP-AMP.
Vi mạch khuếch đại thuật toán có ứng dụng rộng
rãi trong các mạch điện tử với chức năng chính là
khuếch đại tín hiệu. Có các dạng mạch như mạch
cộng, mạch trừ, mạch vi phân. Và được ứng dụng
rộng rãi nhất là mạch trừ, sau đây ta cùng tìm hiểu và
phân tích mạch trừ.
Giả sử OP-AMP là lý tưởng:
Hình 21: Mạch trừ
20

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh

Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG
A0L = ∞ , Vid =

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

=0

=> VP = VN (2.4.4.1)
Ri = ∞ => i+ = i- =

=0

Áp dụng KCL tại N:
i2 = i- + i4


=

Áp dụng KCL tại P:

V0 =

VN -

V2 (2.4.4.2)

i1 = i+ + i3


=>

=>
=

VP =

V1 (2.4.4.3)

Từ (2.4.4.1)( 2.4.4.2)( 2.4.4.3) Ta được Vsl =

.

V1 -

V2 (2.4.4.4)

21

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2

Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

3.7 Vi mạch định thời IC555.

Hình 22: các chân của IC 555

Linh kiện của hãng CMOS sản xuất. Sau đay là bảng thông số của 555 co trên thị
trường:
+ Điện áp đầu vào: 2-18V
(Tuy từng loại của 555: LM555, NE555, NE7555.)
+ Dòng điện cung cấp: 6mA 15mA
+ Điện áp logic ở mức cao: 15V
+ Điện áp logic ở mức thấp: 0.03- 0.06V
+ Công suất lớn nhất là: 600mW
* Các chức năng của 555:
+ Là thiết bị tạo xung chính xác
+ Máy phát xung
+ Điều chế được độ rộng xung (PWM)
+ Điều chế vị tri xung (PPM) (Hay dùng trong thu phát hồng ngoại)

3.7.1 Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của IC555.
a. sơ đồ nguyên lý.

Hình 23: Sơ đồ khối của IC 555
22

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh

Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

b. Cấu tạo của IC555.
Chân 1 (GND): Chân cho nối masse để lấy dòng.
Chân 2 (Trigger): Chân so áp với mức áp chuẩn là 1/3 mức nguồn nuôi.
Chân 3 (Output): Chân ngả ra, tín hiệu trên chân 3 c1 dạng xung, không ở mức áp
thấp thì ở mức áp cao.
Chân 4 (Reset): Chân xác lập trạng thái nghĩ với mức áp trên chân 3 ở mức thấp,
hay hoạt động.
Chân 5 (Control Voltage): Chân làm thay đổi mức áp chuẩn trong IC 555.
Chân 6 (Threshold): Chân so áp với mức áp chuẩn là 2/3 mức nguồn nuôi.
Chân 7 (Discharge): Chân có khóa điện đóng masse, thường dùng cho tụ xả điện.
Chân 8 (VCC): Chân nối vào đường nguồn V+. IC 555 làm việc với mức nguồn
từ 3 đến 15V.

3.7.2 Ứng Dụng IC555.
a. Mạch dao động đa hài không trạng thái bền.
 Sơ đồ mạch và dạng sóng.

Hình 24: Sơ đồ mạch không trạng thái bền và dạng sóng

 Nguyên lý hoạt động.
Đây là mạch dao động đa hài có 2 trạng thái nhưng cả 2 trạng thái đều không

bền. Nhờ có sự thay đổi điện áp trên tụ C mà mạch luôn tự động chuyển đổi trạng
thái và luôn tạo độ dài xung ra.
* 0 ≤ t < t1: giả sử mạch ở trạng thái không bền ban đầu. Ngõ ra V0 = 1⇒
QRSFF = 0, BJT Q1 tắt: không có dòng đổ qua BJT Q1⇒ tụ C được nạp điện từ
nguồn Vcc qua điện trở R1 qua Diode D với chiều như hình vẽ để hướng đến
giá trị VCC. Tụ càng nạp thì điện áp trên tụ càng tăng (vC tăng ) cho đến khi áp
trên tụ

=

=

≥

. Lúc đó:

SS1: v− > v+ → R = 0
SS2: v+ >v− → S = 1⇒ Q = 0 ⇒ v0 = 1
Mạch chấm dứt thời gian tồn tại trạng thái không bền ban đầu và chuyển sang
trạng thái không bền thứ 2.
23

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2


Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

* t1 ≤ t < t2:
Tại thời điểm t = t1: mạch tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2. Q =1, v0 = 0. Vì
Q = 1 nên BJT Q1 dẫn → tụ C xả điện tích qua R2 → chân số 7 → BJT Q1 →
mass. Tụ càng xả thì điện áp trên tụ càng giảm → điện áp tại chân số 2 và chân số
6 cùng giảm xuống. Khi điện áp trên tụ C giảm đến giá trị tụ
≤

≤

. thì ta có:

SS1: v− > v+ → R = 0
SS2: v+ ⇒ Q vẫn giữ nguyên trạng thái cũ trước đó (Q = 1) ⇒ do đó tụ C tiếp tục xả cho
đến khi

≤

(điện thế ngưỡng của bộ SS1), mà vC = v(6) = v(2) nên suy ra:

SS1: v− < v+ ⇒ R = 1
SS2: v− > v+ ⇒ S = 0
⇒ Q = 0 ⇒ v0 = 1
Mạch chấm dứt thời gian tồn tại ở trạng thái không bền thứ 2 và bắt đầu
chuyển sang trạng thái không bền ban đầu. Vì Q = 0 ⇒ BJT Q1 tắt ⇒ không có
dòng đổ qua BJT Q1 → tụ C được nạp điện bổ sung (vì nó vẫn còn giữ

do

điện thế ở chân số 2 chặn trên) và quá trình cứ tiếp diễn như vậy để liên tục tạo độ
dài xung ra.
 Tính độ dài xung ra.
Gọi: T1 là thời gian ứng với ngõ ra vo = 1
T2 là thời gian ứng với ngõ ra vo = 0
T là chu kì dao động của mạch: T = T1+T2
* Tính T1:
Phương trình nạp của tụ C:
vC (t) = [vC (∞ ) − vC (0) ](1−
với vC (0) =
⇒

, vC (∞) =

( )=

⇒ 1−

) + vC (0)

1−
=

+

⇒

Vậy thời gian nạp của tụ là T1 =

=

⇒

=

+

)

(

.

2= (

+

) 2

2. (2.1)

24

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2

Đồ án môn học: ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG

GVHD: Nguyễn Duy Nhật Viễn

* Tính T2:
Phương trình xả của tụ C:
vC (t) = [vC (0) − vC (∞ )] e−
với vC (0) =
⇒

t

τ2

+ vC (∞ )

, vC (∞) = 0

( )=

.

Khi t= T2 thì vC (T2) =
⇒

=

.

Vậy thời gian xã của tụ là: T2 = 0,7C R2.
T = T1 +T2 =0,7C (2R2+ R1).
Vậy chu kỳ dao động là T = T1 +T2 =0,7C (2R2+ R1).
b. Mạch dao động đa hài một trạng thái bền.
 Sơ đồ mạch và dạng sóng.
 Nguyên lý hoạt động.
Vcc

VR2
4

8

7
R10
6

3

IC555

vi
2
1

5

C5

Hình 25: Sơ đồ mạch và dạng sóng một trạng thái bền




0 ≤ t < t1: Mạch ở trạng thái bền
v0 = 0, QRSFF = 1 ⇒ S = R = 1. Transistor dẫn bão hoà. Vi =
Vì tụ C mắc song song với transistor nên vC = v (7) = vCES = 0,2V ≈ 0V → tụ C
không được nạp điện. Mạch luôn tồn tại trạng thái bền.
t1 ≤ t < t1 + T0: Mạch ở trạng thái không bền.
t = t1 : Mạch được kích khởi bằng tín hiệu kích khởi

≤

đưa vào chân số 2

IC555. Ở bộ so sánh 1 có v− < v+ ⇒ R = 1⇒ Q = 0 ⇒ v0 = 1. Mạch chấm dứt thời
gian tồn tại trạng thái bền và chuyển sang trạng thái không bền.
25

SVTH: Trần Ngọc Linh
Huỳnh Đức Quang Vinh
Nguyễn Ngọc Nhật

Lớp:15CDT2