Tài liệu học phần kỹ thuật xung số chương 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

KỸ THUẬT XUNG SỐ

TS. NGUYỄN LINH NAM


PHẠM VI ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XUNG - SỐ
 Các hệ thống đo lường, điều khiển

 Cấu trúc máy tính
 Điện tử dân dụng và công nghiệp

 Các hệ thống thông tin hiện đại
 Kỹ thuật Rôbốt


GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN
KỸ THUẬT XUNG SỐ
 Mô tả về học phần
 Mục tiêu học phần
 Chuẩn đầu ra học phần
 Tài liệu tham khảo
 Nội dung, phương pháp giảng dạy và
học tập
 Kế hoạch đánh giá
 Qui định học phần
Đề cương chi tiết

KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ
BÀI KIỂM TRA GIỮA KỲ: 30%
BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ: 50%
ĐIỂM BÀI TẬP + CHUYÊN CẦN: 20%
ĐIỂM KHUYẾN KHÍCH HỌC TẬP:
+ Lên bảng làm bài tập
+ Phát biểu, đưa ra các ý kiến xây dựng bài học
Lưu ý:
+ Thiếu 30% bài tập cá nhân, bài tập nhóm thì nhận 0 điểm bài
tập + chuyên cần
+ Vắng mặt trong buổi báo cáo đề tài thì nhận 0 điểm giữa kỳ


Chương 1:
CƠ SỞ KỸ THUẬT XUNG
1. Tín hiệu xung
Khái niệm
Tín hiệu tương tự- Analog
Tín hiệu số- Digital
Các thông số của tín hiệu xung
2. Khoá điện tử
Khái niệm
Khoá BJT
Khoá Op-Amp
Mạch ứng dụng
3. Mạch biến đổi xung
4. Mạch ứng dụng

Mục tiêu của chương:
- Trình bày được khái niệm về tín hiệu xung
- Trình bày được các khái niệm về khóa điện

tử BJT, OP-AMP và vận dụng để phân tích,
tính toán mạch ứng dụng khóa điện tử
- Vẽ được sơ đồ mạch và giải thích được
nguyên lý hoạt động của các mạch RC,
mạch xén, mạch ghim, mạch so sánh


TÍN HIỆU XUNG
Tín hiệu điện (dòng, áp) có biên độ thay đổi theo thời gian:
- Tín hiệu liên tục (tuyến tính, tương tự-analog)
- Tín hiệu gián đoạn (xung, số-digital)
Tín hiệu xung còn gọi là các xung điện, đó là dòng điện hoặc điện áp tồn tại trong
một khoảng thời gian rất ngắn, có thể so sánh được với quá trình quá độ xảy ra trong
mạch điện mà chúng tác dụng.


Mạch tương tự # Mạch số



Các thông số của tín hiệu xung vuông
Dãy xung

tx :Độ rộng xung
T: Chu kì xung
f=1/T: Tần số xung

Q=T/tx: Độ rỗng của xung
n=tx/T: Hệ số đầy của xung

Xung đơn

A: biên độ cực đại của xung.
tr: thời gian lên (biên độ xung
tăng từ 10% lên 90
tf: thời gian xuống (biên độ xung
giảm từ 90% đến 10
tp: độ rộng xung, là thời gian tồn
tại của xung với biên độ trên
mức 10%


KHOÁ ĐIỆN TỬ
Khóa điện tử:
trạng thái đóng (còn gọi là trạng thái dẫn)
trạng thái ngắt (còn gọi là trạng thái tắt)

tác động của tín hiệu điều khiển
ở ngõ vào

Khoá transistor (BJT)
BJT có thể làm việc ở một trong hai trạng thái:
-Trạng thái tắt: dòng qua transistor bằng 0,
transistor khoá.
-Trạng thái dẫn bão hoà: dòng qua
transistor đạt giá trị cực đại, transistor dẫn.
-Vin=0, VBE=0, transistor ngưng dẫn.

IB=0 và IC=0
VCE=Vout=VCC-IC.RC=VCC
-Vin#0 và VBE>VBEsat(Si=0.7V; Ge=0.2V),
transistor chuyển sang trạng thái dẫn bão
hoà
VCE=VCEsat=0.1÷0.2V (Si)
ICsat=(VCC-VCEsat)/RC
IB=IC/β (β: độ khuếch đại dòng).
Để chọn giá thích hợp RB:
IB =(k.IC)/β (k là hệ số bão hoà
sâu, k=2÷5).
RB=(Vin-VBEsat)/IB


Quan hệ vào ra:
Ngõ vào là xung vuông có tần số 1KHz, biên độ
5V, nguồn Vcc = 12V
Ngõ ra là xung vuông có tần xố 1KHz, biên độ 12V
15.00 V

Vin

10.00 V

5.000 V

0.000 V
0.000ms

15.00 V

1.000ms

2.000ms

3.000ms

4.000ms

5.000ms

1.000ms

2.000ms

3.000ms

4.000ms

5.000ms

Vout

10.00 V

5.000 V

0.000 V
0.000ms

Áp dụng 1:
 Cho khoá BJT như hình

vẽ, biết Vcc = 12V; Rc =
1.5kΩ; Q1 có β = 100;
Nguồn Vb = 5V
 Tìm giá trị Rb để khi S1
đóng Q1 sẽ dẫn bão hoà

Ics

Ibs

Vces
Vbes

Giải:

Vcc,Vces  Ics  Ibs  Rb


 Áp dụng 2: Mạch điều

khiển Relay.
 Cho khoá BJT như hình

vẽ, biết Q1 có β = 200;
Relay có thông số V = 12V,
I = 20mA; Vin là tín hiệu

điều khiển có dạng xung
vuông với mức thấp 0V,
mức cao 5V
 Tìm giá trị Rb để khi Vin ở
mức cao Q1 sẽ dẫn bão
hoà Relay tác động đèn D1
sáng lên.


Mạch điều khiển thiết bị điện dùng tín hiệu hồng ngoại


Bt1: BJT Q1 có = 150, D1 có điện áp thuận VF = 2(V)
Tính giá trị các điện trở R1, R2 để đảm bảo khi K1 đóng Q1
dẫn bão hoà với dòng ICS = 20mA?
LED D1 có dòng cực đại IFmax = 50mA, tìm giá trị nhỏ nhất
của R1 để D1 không cháy(hỏng)?


Bt2: BJT Q1 có = 150, LED có điện áp thuận VF = 2(V), dòng
thuận IF = 20mA.
Tính giá trị các điện trở R1, R2, R3 để đảm bảo khi K1 đóng Q1
dẫn bão hoà thì các LED sáng an toàn.
LED có dòng cực đại IFmax = 50mA, tìm giá trị nhỏ nhất của các
R2, R3 để LED không cháy(hỏng)?
Vcc
5V

R2

R3

D1

K1

D3
D2

R1
Q1
D468


Bài tập về nhà 1: Cho sơ đồ mạch điện như trên hình, biết BJT Q1 có min= 50,
VBES= 0,7(v), VCES≈ 0; Led D1, D2 có điện áp thuận VF = 2(v), Vcc = 12(v)
a. Tính giá trị các điện trở R1, R2 để đảm bảo khi tín hiệu ngõ vào Vi = 5(v) thì
Q1 dẫn bão hoà với dòng ICS = 20(mA)?
b. LED D1, D2 có dòng điện thuận cực đại IFmax = 50(mA), điện áp VFmax = 3(v),
tìm giá trị nhỏ nhất của R1 để khi Q1 dẫn bão hòa Led D1, D2 không bị
đánh thủng do quá dòng?


Bài tập về nhà 2: Cho sơ đồ mạch điều khiển Led như hình trên, biết BJT Q1 có
= 150, VBES= 0,7(v), VCES≈ 0; các LED có điện áp thuận VF = 2(v), dòng thuận IF
= 20(mA), nguồn Vcc= 9(v).
a. Tính giá trị các điện trở R1, R2, R3 để đảm bảo khi công tắc SW1 đóng Q1
dẫn bão hoà thì các LED sáng an toàn(cho hệ số bão hòa K= 3).
Các LED có dòng cực đại IFmax = 50(mA), VFmax = 2,5(v) điện áp tìm giá trị nhỏ
nhất của các R2, R3 để LED không bị đánh thủng do quá dòng?

Khoá khuếch đại thuật toán (OP-AMP)
Đặc điểm của OP-AMP
- Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106)
- Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞)
- Trở kháng ngõ ra nhỏ (Z0=0)
→ Chính vì vậy dòng chảy vào các đầu vào rất nhỏ (~0).
Tuỳ thuộc điện áp ở hai ngõ vào không đảo (+) và ngõ vào đảo (-) so
với nhau mà OP-AMP sẽ ở một trong hai trạng thái sau :

- Vin+ > Vin- thì V0=+Vcc, gọi là trạng thái bão hoà dương.
- Vin+ < Vin- thì V0=-Vcc, gọi là trạng thái bão hoà âm.
Điện áp Vin vào ngõ đảo, VR vào
ngõ không đảo

Điện áp Vin vào ngõ không đảo, VR vào
ngõ đảo


 Áp dụng 1: Mạch cảm biến quang
 R2 là quang trở, giá trị R2 phụ thuộc

cường độ ánh sáng chiếu vào R2, giả sử
khi chiếu sáng R2 = 10k, lúc che tối R2 =
100k
 VA = V+ thay đổi theo cường độ ánh
sáng chiếu vào R2, thiết lập VB = V- cố
định
- Khi chiếu sáng VA < VB, Vout = -Vs =

0V
- Khi che tối(chiếu sáng yếu) VA > VB,
Vout = +Vs = +5V
 Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều
khiển ánh sáng, mạch cảm biến dò
đường trong Rôbốt.

21


 Áp dụng 2: Mạch cảm biến hồng

ngoại(Infrared)
 D1 là điốt thu hồng ngoại IR, D1 được
phân cực ngược, điện áp rơi trên D1 phụ
thuộc cường độ tia IR ánh sáng chiếu vào
D1, khi có tia IR tác động rơi áp VD1 nhỏ(
hay VA lớn), khi không có tia IR tác động rơi
áp VD1 lớn ( hay VA nhỏ)
 VA = V+ thay đổi theo sự tác động của tia IR
vào D1, thiết lập VB = V- cố định
- Khi tia IR tác động VA > VB, Vout = +Vs = 5V
- Khi không tác động(hay tác động yếu) VA <
VB, Vout = -Vs = 0V
 Ứng dụng làm mạch cảm biến và điều khiển
hồng ngoại, mạch báo động,chống trộm.v.v.

B
A

22


Mạch tự động bật/tắt quạt


Sơ đồ nguyên lý mạch báo nhiệt


MẠCH RC
mạch lọc thụ động :
mạch lọc thông cao
mạch lọc thông thấp
mạch lọc thông dãi