Giáo trình Môn đun: Kỹ thuật điện – điện tử nghề Quản trị mạng (Trình độ: Cao đẳng nghề)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.16 MB, 105 trang )
BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH XÃ HỘI
TỔNG CỤC DẠY NGHỀ
GIÁO TRÌNH
Mơn đun: Kỹ thuật điện – điện tử
NGHỀ: QUẢN TRỊ MẠNG
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG NGHỀ
( Ban hành kèm theo Quyết định số: 120/QĐTCDN ngày 25/2/2013 của
Tổng cục trưởng Tổng cục dạy nghề )
Hà Nội, năm 2013
TUN BỐ BẢN QUYỀN:
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được phép
dùng ngun bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu
lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
MÃ TÀI LIỆU: MĐ 08
3
LỜI GIỚI THIỆU
Trong những năm qua, dạy nghề đã có những bước tiến vượt bậc cả về số lượng
và chất lượng, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp
ứng nhu cầu xã hội. Cùng với sự phát triển của khoa học cơng nghệ trên thế giới, lĩnh vực
cơng nghệ thơng tin nói chung và ngành Quản Trị Mạng ở Việt Nam nói riêng đã có những
bước phát triển đáng kể.
Chương trình khung quốc gia nghề quản trị mạng đã được xây dựng trên cơ sở
phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các mơ đun/ mơn học. Để tạo điều
kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong q trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình
kỹ thuật nghề theo theo các mơ đun/ mơn học đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay.
Mơn đun: Kỹ Thuật Điện – Điện Tử là mơn học cung cấp các kiến thức cơ bản về
kỹ thuật điện tử, kỹ thuật xung số giúp sinh viên dễ dàng hơn trong việc tiếp cận với các
thiết bị điện tử cũng như những thiết bị mạng. Hiểu được ngun lý làm việc của nó.
Trong q trình biên soạn nhóm đã tham khảo các tài liệu khác, tổng hợp để đưa đến giáo
trình này.
Mặc dầu có rất nhiều cố gắng, nhưng khơng tránh khỏi những khiếm khuyết, rất
mong nhận được sự đóng góp ý kiến của độc giả để giáo trình được hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Hà Nội, ngày 25 tháng 02 năm 2013
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên Nguyễn Thị Diệu Phương
2. Nguyễn Thị Thanh Th
4
MỤC LỤC
5
MƠN ĐUN: KỸ THUẬT ĐIỆN ĐIỆN TỬ
Mã mơ đun: MĐ 08
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị mơ đun:
- Vị trí: Mơn đun được bố trí sau khi sinh viên học xong các mơn học chung, trước các
mơn học/ mơ đun đào tạo cơ sở nghề.
- Tính chất: Là mơ đun lý thuyết chun ngành.
Ý nghĩa, vai trị: Mơn đun này cung cấp các khái niệm cơ bản nhất về điện, điện tử.
Cách nhận biết, kiểm tra và hiểu ngun lý hoạt động của các linh kiện điện tử. Ngun lý
hoạt động của các mạch điện tử cũng như mạch xung số trong máy tính, trong các thiết bị
điện tử, thiết bị mạng.
Mục tiêu của mơ đun:
Trình bày chính xác các khái niệm, kí hiệu qui ước, tính chất, ngun lý làm việc và
hiện tượng về điện và điện tử và phạm vi sử dụng của các linh kiện điện tử thơng
dụng;
Trình bày chính xác các định luật, các đại lượng cơ bản của mạch điện;
Nhận diện, kiểm tra và hiểu ngun lý hoạt động của các linh kiện điện tử;
Chọn lựa, sử dụng đúng chủng loại mỏ hàn và thực hiện hàn được mối hàn tốt khơng
gây hư hỏng linh kiện điện tử;
Lắp được các mạch điện, điện tử cơ bản;
Bố trí làm việc khoa học đảm bảo an tồn cho người và phương tiện học tập.
Nội dung chính của mơ đun:
Loại bài
Thời gian
dạy
Số TT
Tên bài
Thực
Tổng số
Lý thuyết
hành Bài
tập
I
Bài 1: Các
LT+TH
13
6
7
luật cơ
2
1
1
bản về
5
2
3
6
3
3
khái niệm
và định
mạch
điện
Điện tích
Mạch
Kiểm tra
*
6
điện và
các đại
lượng đặc
trưng
Các định
luật cơ
bản về
mạch điện
II
Bài 2:
LT+ TH
2
Linh kiện
33
11
20
điện tử
4
1
3
Điện trở
3
1
2
Tụ điện
3
1
2
Cuộn cảm
3
1
2
Diode
14
5
9
Transistor
4
2
2
Thyristor
III
Bài 3: Các
LT+ TH
1
module
chức
năng
27
9
17
6
2
4
3
1
2
5
2
3
7
2
5
5
2
3
17
4
12
điện tử
6
2
4
ứng dụng
10
2
8
Module
BCD
Module
Mux
Module
D/A
Module
Resgistor
Module
Rom
IV
Bài 4: Các
LT+ TH
mạch
Mạch
1
7
FLIP_
FLOP
Mạch
đếm
Cộng
90
30
56
4
8
BAI 1: CÁC KHÁI NI
̀
ỆM VÀ ĐỊNH LUẬT CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN
Mã bai: MĐ 08.01
̀
Giới thiệu:
Mạch điện là khái niệm quan trọng được sử dụng rộng rãi trong điện điện tử nói
chung, vì vậy học sinh cần có kiến thức về khái niệm cũng như các định luật cơ bản về
mạch điện để có thể phân tích, nghiên cứu mạch điện.
Mục tiêu:
Trình bày các khái niệm cơ bản, định luật về mạch điện;
Ứng dụng được các định luật để phân tích các mạch điện cơ bản;
Thực hiện các thao tác an tồn với mạch điện tử.
Nội dung chính:
1.Điện tích
Muc tiêu
̣
: Biêt đ
́ ược khai niêm vê điên tich va l
́ ̣
̀ ̣ ́
̀ ực tương tac gi
́ ưa chung.
̃
́
1.1. Cơ sở vật chất
Ngun tử là hạt cơ bản cấu tạo nên vật chất, cũng là đơn vị nhỏ nhất có đầy đủ
tính chất của 1 chất. Chúng có khối lượng, kích thước rất nhỏ bé nhưng có cấu tạo rất
phức tạp.
Cấu tạo của ngun tử gồm:
Hạt nhân: Tích điện dương (+), chiếm gần trọn khối lượng của ngun tử, chứa
các hạt chủ yếu là proton và neutron.
Lớp vỏ điện tử: tích điện âm (), khối lượng khơng đáng kể, chỉ chứa hạt electron.
Hình 1.1. Cấu tạo ngun tử
Bình thường số lượng điện tích dương trong nhân bằng số lượng điện tích âm của
các điện tử bao quanh, người ta nói ngun tử trung hịa về điện.
9
1.2. Định luật Coublong về lực tương tác giữa hai điện tích
Những vật nhiễm điện được gọi là điện tích. Có 2 loại điện tích: điện tích dương
và điện tích âm. Các điện tích cùng dấu thì đẩy nhau và các điện tích trái dấu thì hút nhau.
Những vật nhiễm điện có kích thước ảnh hưởng của hiện tượng “nẩy” của khố cơ khí
khi đóng/cắt. Khi dùng khố chuyển mạch cơ khí để thay đổi mức logic của một biến
thường làm xuất hiện một chuỗi xung khơng mong muốn, do các dao động cơ của tiếp
95
điểm gây ra. Trên hình 4.9b, khi ta thay đổi vị trí khố K để biến logic Q chuyển từ mức
cao H xuống mức thấp L hay ngược lại ; trong thời gian q độ, ở đầu ra Q sẽ xuất hiện
các xung khơng mong muốn do sự rung động của tiếp điểm khi chuyển mạch.
Sử dụng RSFF loại đầu vào tích cực thấp nối như hình 4.9c, sẽ loại bỏ được ảnh
hưởng của các dao động cơ của khố K khi chuyển mạch đối với tín hiệu logic ở đầu ra Q.
Có thể thành lập RSFF loại đầu vào tích cực thấp từ mạch gồm 2 phần tử NAND hai đầu
vào. Đầu ra của phần tử này được nối với một đầu vào của phần tử kia. Hai đầu vào cịn
lại nhận tín hiệu điều khiển S, R.
Hình 4.9. Một số ứng dụng của RSFF
c. Người ta cịn hay dùng T Flip Flop để thực hiện việc chia đơi tần số của một dãy
xung vng góc. Từ hoạt động của T Flip Flop, ta nhận thấy: Nếu đưa tới đầu vào T của
Flip một dãy xung vng lặp lại, tần số f, ta sẽ nhận được ở hai đầu ra Q và hai dãy xung
vng góc ngược pha nhau, tần số f/2 (hình 4.10a).
d. Người ta có thể dùng DFF hoặc JKFF, loại có đầu vào đặt trước S và đầu vào xố
R khơng đồng bộ (ví dụ IC họ CMOS HEF 4013B có hai DFF, IC HEF 4027B gồm 2 JKFF)
để tạo thành mạch phát xung đơn (mạch đa hài đơn ổn). Hình 4.10b, c tương ứng là sơ đồ
mạch phát xung đơn dùng DFF và dùng JKFF, với R2>> R1.
Xét mạch hình 4.9b. Ở trạng thái tĩnh, khi khơng có xung kích thích đưa tới đầu vào
đồng bộ C của DFF, đầu ra Q nhằm ổn định ở mức thấp L 0V. Đặt kích thích là một
96
bước nhảy đương vào dấu C, ta có Q = D = mức cao H = điện áp nguồn cung cấp đặt cố
định ở đầu D. Tụ C được nạp điện từ mức điện áp cao H ở Q qua các điện trở R 1, R2. Điện
áp trên tụ tăng dần, phụ thuộc hằng số thời gian nạp. Khi điện áp trên tụ đạt giá trị mà đầu
xố khơng đồng bộ R u cầu, đầu ra Q quay trở lại mức thấp ổn định L. Tụ C phóng điện
qua diode và điện trở R1. Vậy, với một kích thích ở đầu vào C, mạch cho ở hai đầu ra Q và
hai xung đơn ngược nhau. Điện trở R1 nhằm hạn chế sự phóng q nhanh của tụ C với
phóng lớn. Thường R1 chọn khoảng vài K trở xuống.
Hoạt động của mạch hình 4.10c tương tự như đã trình bày ở trên.
Hình 4.10. Dùng Flip Flop để chia đơi tần số và tạo mạch phát xung đơn
2. Bộ đếm
Mục tiêu:
Cung cấp về khái niệm, phân loại bộ đếm;
Tìm hiểu các ứng dụng của bộ đếm.
Nội dung:
97
2.1. Khái niệm chung
2.1.1. Định nghĩa
Bộ đếm là mạch logic gồm một dãy các FlipFlop được ghép nối theo một cách thích
hợp để có khả năng đếm các xung đi tới. Kết quả đếm được chỉ thị và lưu trữ ở đầu ra các
FlipFlop dưới dạng một mã nhị phân nào đó.
Bộ đếm có thể là loại mạch điện hoạt động theo sườn lên hoặc theo sườn xuống của
các xung đếm; nghĩa là chúng chỉ nhận biết có xung tới trong thời gian tương ứng với sườn
lên hoặc sườn xuống của xung nhịp (xung clock).
Hình 4.11.Sơ đồ khối bộ đếm – sơ đồ khối bộ đếm chạy vịng
2.1.2. Phân loại
Căn cứ vào trình tự hoạt động của các FlipFlop trong bộ đếm, ta có hai loại:
Bộ đếm khơng đồng bộ (dị bộ): trong bộ đếm loại này, có FlipFlop chịu tác động
điều khiển trực tiếp của xung đếm đầu vào, nhưng cũng có FF chịu tác động điều khiển
của xung đầu ra của FF khác. Như vậy, sự chuyển đổi trạng thái của các FF khơng cùng
lúc, tức là khơng đồng bộ.
Bộ đếm đồng bộ: các FlipFlop đều chịu tác động điều khiển của một xung đồng hồ
duy nhất, đó là xung đếm đầu vào. Như vậy, sự chuyển đổi trạng thái của chúng là đồng
bộ.
Căn cứ theo mã nhị phân biểu thị kết quả đếm ở ngõ ra, ta có các loại bộ đếm:
Bộ đếm nhị phân n bit: gồm n FlipFlop, mã ở ngõ ra là số nhị phân n bit. Dung
lượng bộ đếm (số xung cực đại mà nó có thể đếm và lưu trữ kết quả đếm ở ngõ ra) là N =
2n –1.
98
Bộ đếm BCD (cịn gọi là bộ đếm thập phân): mã chỉ thị kết quả đếm ở ngõ ra là mã
BCD. Dung lượng của bộ đếm là N = 10.
Bộ đếm Gray thì mã ở đầu ra là mã Gray
Ngồi ra, cịn một loại bộ đếm cũng thường được sử dụng là bộ đếm chạy vịng có
sơ đồ như hình 4.11b. Nó gồm đầu vào C và N+1 đầu ra, đánh số từ 0 đến N. Khi làm việc
ln ln chỉ có một đầu ra có chỉ số tương ứng với số xung đã tới đầu vào C là thay đổi
trạng thái từ logic 0 sang logic 1. Ví dụ, nếu khơng có xung nào tới thì chỉ Q 0 = 1 logic, có
một xung tới thì chỉ Q1 = 1 logic, có xung thứ 4 tới thì chỉ Q 4 = 1 logic…; các đầu ra cịn lại
đều có giá trị 0 logic.
Căn cứ vào cách đếm của bộ đếm, ta có:
Bộ đếm thuận (hay cịn gọi là bộ đếm lên): nội dung bộ đếm (kết quả đếm lưu trữ
ở ngõ ra) tăng thêm một đơn vị khi có một xung đến.
Bộ đếm ngược (hay cịn gọi là bộ đếm xuống): nội dung bộ đếm giảm một đơn vị
khi có một xung đến.
Bộ đếm thuận nghịch: bộ đếm hoạt động đồng thời với cả hai cách đếm thuận và
nghịch. Chỉ có những bộ đếm có đầu vào dẫn xung đếm (đầu vào UP dùng cho đếm thuận
và đầu vào DOWN dùng cho đếm ngược) mới thực hiện được cách đếm này.
2.1.3. Bộ đếm khơng đồng bộ
Bộ đếm khơng đồng bộ là bộ đếm trong đó nối các TFF, JKFF giữ chức năng T theo
quy luật ngõ ra Q của FF trước nối với ngõ vào CK của FF đứng sau, cịn gọi là bộ đếm
nối tiếp.
1. Bộ đếm lên
Hình 4.12. Mạch đếm lên khơng đồng bộ theo sườn xuống dùng TFF
Bảng trạng thái:
Xung
vào
Trạng
thái
hiện
tại
Trạng thái kế
99
Q3
Q2
Q1
Q3
Q2
Q1
1
0
0
0
0
0
1
2
0
0
1
0
1
0
3
0
1
0
0
1
1
4
0
1
1
1
0
0
5
1
0
0
1
0
1
6
1
0
1
1
1
0
7
1
1
0
1
1
1
8
1
1
1
0
0
0
Hình 4.13. Đồ thị xung minh họa hoạt động của mạch đếm hình (4.12)
Hình 4.12 là cấu trúc mạch điện của bộ đếm nhị phân khơng đồng bộ kiểu đếm lên dùng T
FlipFlop. FlipFlop phía sau sẽ lật trạng thái khi FlipFlop phía trước chuyển từ mức cao về
mức thấp (sườn đi xuống của xung).
Cứ sau mỗi sườn đi xuống của xung đếm (từ mức 1 về mức 0), FF1 sẽ chuyển giá trị;
FF2 và FF3 cùng có thuộc tính tương tự khi Q1 và Q2 chuyển từ mức 1 về mức 0.
2. Bộ đếm xuống
Hình (4.14) là cấu trúc mạch điện của bộ đếm nhị phân khơng đồng bộ kiểu đếm xuống
dùng T FlipFlop. Ở bộ đếm xuống này, mạch điện thực hiện bằng cách sau lần kích thích
thứ nhất có Q1 = Q2 = Q3 = 1, vì các đầu ra được nối với đầu vào của FlipFlop tiếp theo
sau nên khi Q từ mức 0 lên mức 1 thì từ mức 1 xuống mức 0 sẽ kích thích chuyển cho
FlipFlop theo sau như hình (4.14) đã chỉ rõ.
Hình 4.14. Mạch đếm xuống khơng đồng bộ theo sườn xuống dùng TFF
100
Bảng trạng thái:
Xung
vào
Trạng
thái
hiện
tại
Trạng thái kế
Q3
Q2
Q1
Q3
Q2
Q1
1
0
0
0
1
1
1
2
1
1
1
1
1
0
3
1
1
0
1
0
1
4
1
0
1
1
0
0
5
1
0
0
0
1
1
6
0
1
1
0
1
0
7
0
1
0
0
0
1
8
0
0
1
0
0
0
101
Hình 4.15. Đồ thị xung minh họa hoạt động của mạch đếm hình (4.14).
2.1.4. Bộ đếm đồng bộ
Bộ đếm đồng bộ là bộ đếm mà các FlipFlop mắc song song với nhau và khi có xung
đếm thì các FF sẽ đồng thời chuyển trạng thái. Cịn gọi là bộ đếm song song.
Hình 4.16. Mạch đếm đồng bộ theo sườn xuống dùng TFF.
Ở mạch hình (4.16), mỗi khi xung đếm vào FF1 đổi trạng thái theo sườn âm của xung
CK; cổng AND 1 chọn điều kiện CK = Q1 = 1 để cho phép FF2 chuyển, cổng AND 2 chọn
điều kiện Q1 = Q2 = CK = 1 để cho phép FF3 chuyển. Sau 7 xung đếm CK, trạng thái của
FF1, FF2, và FF3 tại các đầu ra song song là 111.
Hình 4.17. Mạch đếm đồng bộ theo sườn xuống dùng JKFF.
Hình (4.17) sử dụng JKFF để thực hiện việc đếm xung; ở đây, sử dụng các đầu vào JK để
điều khiển các FF2 và FF3 tương ứng mỗi xung đếm CK đến cửa vào nhịp của chúng. FF1
đổi trạng thái sau mỗi sườn đi xuống của CK, FF2 đổi trạng thái khi CK = Q 1 = J = K = 1;
FF3 đổi trạng thái khi CK = 1 và Q1 = Q2 = J = K =1. Mọi FF đều đổi trạng thái tại sườn
xuống của xung kích CK.
102
2.2. Ứng dụng
Bộ đếm là một trong những mạch logic được dùng rộng rãi nhất trong kĩ thuật số.
Thật khó mà kể hết được những ứng dụng cụ thể của bộ đếm trong các hệ thống đo
lường và điều khiển số.
a. Trong nhiều trường hợp người ta dùng bộ đếm để tạo mạch phát ra một dãy xung
có số xung xác định trước.
Hình 4.18. Mạch phát dãy xung có số xung xác định trước
Trên hình 4.18, số xung định trước N của dãy xung phát ra được đặt trên một cửa
vào của mạch so sánh. Mạch phát xung phát dãy xung vào bộ đếm, đồng thời cũng đưa tới
cổng “VÀ” để truyền qua đầu ra. Khi số xung phát ra đạt giá trị N định trước thì đầu ra A
= B của mạch so sánh, nhảy lên 1 logic. Do đó cổng “VÀ” đóng, chặn dãy xung tới; bộ
đếm cũng bị khố, khơng làm việc được.
b. Một ứng dụng khá phổ biến của bộ đếm là sử dụng nó làm mạch chia tần số của
một dãy xung. Ta có thể:
Dùng các IC đếm khơng đồng bộ để tạo thành các mạch chia tần số.
Dùng mạch đếm vịng cho việc chia tần số.
Hình 4.19 giới thiệu mạch chia tần số với số chia N có thể lập trình, bộ đếm là IC
74191
Hình 4.19. Mạch chia tần số có thể lập trình
c. Người ta cịn hay dùng bộ đếm chạy vịng để điều khiển những hoạt động có tính
trình tự và chu trình. Ví dụ điều khiển ánh sáng chạy của dãy đèn quảng cáo (hình 4.20).
Hình 4.20. Mạch điều khiển những hoạt động trình tự và chu trình
103
Trên hình vẽ, tín hiệu ở các đầu ra Q0 QN1 sẽ dẫn tới điều khiển sự làm việc của
N đối tượng, ví dụ những cơng tắc các mạch chiếu sáng hàng đèn quảng cáo. Dãy xung
nhịp từ mạch phát xung dùng timer 555 làm thay đổi một cách tuần tự mức logic trên các
đầu ra bộ đếm vịng, từ Q0 đến QN1 và lại lặp lại sau N xung tới bộ đếm. Kết quả là ta tạo
được một ánh sáng chạy vịng phát ra từ hàng đèn quảng cáo.
Bài tập thực hành của học viên
Bài 1: Trình bày ký hiệu, bảng trạng thái và ngun lý hoạt động của các loại Flip Flop đã
học ?
Bài 2: Hãy nêu những ứng dụng của Flip Flop mà em biết ?
Bài 3: Hãy nêu định nghĩa của bộ đếm và phân loại nó ?
Bài 4: Hãy sử dụng IC 74191 để thực hiện việc chia tần số. Lắp mạch thực hiện chức
năng trên.
Kỹ năng:
Đọc được sơ đồ chân linh kiện của IC 74191
Hiểu được cách kết nối mạch ngun lý.
Lắp được sơ đồ mạch điện
Bài 5: Hãy sử dụng IC 7490 để thực hiện bộ đếm. Lắp mạch thực hiện chức năng trên.
Kỹ năng:
Đọc được sơ đồ chân linh kiện của IC 7490
Hiểu được cách kết nối mạch ngun lý.
Lắp được sơ đồ mạch điện
104
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lê Phi Yến, Lưu Phú, Nguyễn Như Anh, Kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học và kỹ
thuật., 2005.
[2]. Lê Tiến Thường, Điện tử 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007
[3]. Trương Văn Tám, Giáo trình Mạch điện tử, Đại học Cần Thơ, 2009
[4]. Lương Ngọc Hải, Giáo trình Kỹ Thuật Xung Số, NXB Giáo Dục, 2009
105
U CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ HỒN THÀNH MƠ ĐUN
1. Phương pháp đánh giá
- Hình thức kiểm tra hết mơ đun có thể chọn một trong các hình thức sau:
Đối với lý thuyết:Viết, vấn đáp, trắc nghiệm
Đối với thực hành: Bài tập thực hành.
- Thời gian kiểm tra:
Lý thuyết: Khơng q 150 phút
Thực hành: Khơng q 4 giờ
- Thực hiện theo đúng qui chế thi, kiểm tra và cơng nhận tốt nghiệp trong dạy nghề hệ
chính qui ở quyết định 14/2007/BLĐTB&XH ban hành ngày 24/05/2007 của Bộ trưởng
Bộ LĐTB&XH.
2. Nội dung đánh giá
- Về kiến thức: Được đánh giá qua bài kiểm tra viết, trắc nghiệm đạt được các u cầu
sau:
Xác định chính xác giá trị của các linh kiện điện tử
Xác định được chân các linh kiện
Lắp ráp, sửa chữa được các mạch khuếch đại, mạch số
- Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành của sinh viên trong bài thực hành đạt được các
u cầu sau:
Xác định được các giá trị của linh kiện;
Lắp ráp dược các mạch khuếch đại, mạch số đúng u cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Về thái độ: Cẩn thận, tự giác.
