ĐỒ án 2 điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều 12v

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
KHOA ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

ĐỒ ÁN 2

Điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều 12V
Nhóm sinh viên
Giảng viên hướng dẫn

1. Mai Khắc Nguyên
DT010125
2. Nguyễn Văn Nam
DT010123
3. Lê Thị Huyền
DT010116
ThS. Phùng Văn Quyền

Hà Nội, 2020


Lời nói đầu
Trong các ngành cơng nghiệp, cơng tác điều khiển vận hành các thiết bị theo
một quy trình nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, nâng cao chất lượng sản phầm
đồng thời tiết kiệm chi phí sản xuất giữ một vị chí quan trọng.
Với ưu điểm là điều khiển tốc độ động cơ đơn giản, dễ dàng, độ ổn định cao lên
động cơ một chiều được sử dụng khá phổ biến như: Truyền động cho một số
máy như máy nghiền, máy nâng, điều khiển băng tải, điều khiển robot… Nhưng
gắn liền với việc sử dụng động cơ điện một chiều là quá trình điều khiển tốc độ
động cơ sao cho phù hợp với yêu cầu thực tế. Vì vậy để đáp ứng yêu cầu đó

nhóm chúng em thực hiện đề tài:” Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 12V”.
Đồ án được chia làm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lí thuyết
Chương 2: Phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM
Chương 3: Thiết kế mạch điều khiển động cơ một chiều 12V


MỤC LỤC
1.1 Giới thiệu về động cơ một chiều...........................................................................1
1.1.1 Cấu tạo động cơ một chiều.............................................................................1
1.1.2 Nguyên lí hoạt động của động cơ một chiều...............................................3
1.1.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.............................................................5
Chương 2: Phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM............................................9
2.1 Giới thiệu về phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM.....................................9
2.2 Nguyên lí của phương pháp PWM.....................................................................10
2.3 Các cách để tạo xung PWM để điều khiển.........................................................12
2.3.1 Tạo bằng phương pháp so sánh....................................................................12
2.3.2 Tạo bằng phương pháp tạo IC dao động.......................................................13
2.3.3.Tạo xung bằng phần mềm............................................................................13
2.4.Tạo xung PWM bằng IC555...............................................................................13
2.4.1 Giới thiệu.....................................................................................................13
2.4.2 Thông số.......................................................................................................14
2.4.3 Cấu trúc chân và sơ đồ nguyên lí.................................................................14
2.4.4 Chức năng từng chân....................................................................................17
2.4.5 Mạch đa hài dùng IC 555.............................................................................18
2.5. Một số sơ đồ IC555 hay sử dụng.......................................................................23
2.5.1 Bộ tạo dao động 555 đơn giản......................................................................23
2.5.2 Bộ dao động 555 nhanh nhất........................................................................25
2.5.3 Bộ dao động 555 chậm nhất.........................................................................25
2.5.4 Cấu hình có thể thay đổi được hệ số điều chỉnh...........................................26

2.5.5 Mạch cải thiện hệ số điều chỉnh trong một chu kỳ.......................................28
2.5.6 Bộ tạo dao động 555 độc lập........................................................................28
2.6. Mạch cầu H.......................................................................................................29
Chương 3: Thiết kế....................................................................................................34
3.1. Sơ đồ nguyên lí..................................................................................................34
3.2. Sơ đồ khối.........................................................................................................34
3.3Chức năng từng khối...........................................................................................34
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................38


Mục lục hình ảnh
Hình 1. 1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều.........................................................................1
Hình 1. 2 Cấu tạo Stato..................................................................................................2
Hình 1. 3 Cấu tạo động Roto.........................................................................................3
Hình 1. 4 Cổ góp và chối than.......................................................................................3
Hình 1. 5 Nguyên lý hoạt động động cơ 1 chiều............................................................4
Hình 1. 6 Sơ đồ thay thế................................................................................................5
Hình 1. 7 Đồ thị đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng θ......................................................5
Hình 1. 8 Đồ thị đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ Rf..............................................6
Hình 1. 9 Sơ đồ khối......................................................................................................7
Hình 1. 10 Đồ thị thay đổi đặc tính cơ khi thay đổi điện áp...........................................8
Y

Hình 2. 1 Dạng xung PWM...........................................................................................9
Hình 2. 2 Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải.....................................................................11
Hình 2. 3 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra.....................................................11
Hình 2. 4 Tạo xung vng bằng phương pháp so sánh................................................12
Hình 2. 5 Phương pháp tạo IC dao động......................................................................13
Hình 2. 6 Cấu trúc chân và sơ đồ ngun lí.................................................................14
Hình 2. 7 Sơ đồ cấu tạo bên trong................................................................................15

Hình 2. 8 Sơ đồ cấu trúc..............................................................................................15
Hình 2. 9 Sơ đồ nguyên lý...........................................................................................16
Hình 2. 10 Sơ đồ nguyên lý.........................................................................................16
Hình 2. 11 Sơ đồ chân..................................................................................................18
Hình 2. 12 Mạch đa hài dùng IC 555...........................................................................19
Hình 2. 13 Dạng xung ra..............................................................................................21
Hình 2. 14 Mạch đơn đa hài dùng IC555.....................................................................21
Hình 2. 15 Sơ đồ nguyên lý.........................................................................................22
Hình 2. 16 Dạng xung ta tại chân 2, 3, 6......................................................................23
Hình 2. 17 Mạch dao động tự do 555...........................................................................24
Hình 2. 18 Bộ dao động 555 nhanh nhất......................................................................25
Hình 2. 19 Bộ dao động 555 chậm nhất.......................................................................26
Hình 2. 20 Sơ đồ nguyên lý.........................................................................................27
Hình 2. 21 Mạch cải thiện hệ số điều chỉnh trong một chu kỳ.....................................28
Hình 2. 22 Mạch tạo dao động 555 độc lập.................................................................29
Hình 2. 23 Mạch cầu H................................................................................................30
Hình 2. 24 Sơ đồ nguyên lý.........................................................................................32
Hình 3. 1 Sơ đồ ngun lí............................................................................................34
Hình 3. 2 Khối hiển thị................................................................................................35
Hình 3. 3 Khối điều khiển............................................................................................35
Hình 3. 4 Khối thay đổi tần số.....................................................................................36
Hình 3. 5 Khối cơng suất.............................................................................................36
Hình 3. 6 Kết hợp với 2 relay để tắt, bật và đảo chiều động cơ...................................37


Chương 1: Cơ sở lí thuyết
Đặt vấn đề
Trong nền sản xuất hiện đại, động cơ một chiều vẫn được coi là là một loại máy
quan trọng mặc dù ngày nay có rất nhiều loại máy móc hiện đại sử dụng nguồn
điện xoay chiều thông dụng.

So với động cơ xoay chiều, để chế tạo động cơ một chiều cùng cỡ thì giá thành
đắt hơn do sử dụng nhiều kim loại màu hơn, chế tạo và bảo quản cổ góp phức
tạp hơn nhưng do ưu điểm của nó mà động cơ một chiều vẫn không thể thiếu
trong nền sản xuất hiện đại. Ưu điểm của động cơ một chiều là có thể dùng làm
động cơ hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau. Song ưu
điểm lớn nhất của động cơ một chiều là điều chỉnh tốc độ và khả năng tải. Nếu
như bản thân động cơ xoay chiều khơng thể đáp ứng được hoặc nếu đáp ứng
được thì cũng phải tốn chi phí cho các thiết bị đi kèm ( như bộ biến tần) đắt tiền
thì động cơ một chiều có thế điều chỉnh tốc độ chính xác với mạch điều khiển
đơn giản, chính xác đồng thời đạt chất lượng cao. Vì vậy trong đồ án này chúng
em xin đề cập đến vấn đề “ điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều 12V”.
Giải quyết vấn đề
Phương pháp được nhóm em lựa chọn là bộ thay đổi độ rộng xung ( PWM ), đây
là phương pháp mang lại hiệu quả kinh tế cao và được sử dụng rộng dãi.

1.1 Giới thiệu về động cơ một chiều
1.1.1 Cấu tạo động cơ một chiều

Hình 1. 1 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo động cơ một chiều gồm các phần chính: Phần tĩnh (Stato), phần
động (Rơto), cổ góp và chổi than.


 Phần tĩnh: Là stato và luôn luôn là phần cảm. Phần cảm là phần
nhận năng lượng điện một chiều để tạo ra từ trường kích từ trong máy.

Hình 1. 2 Cấu tạo Stato
 Phần động: Là Rôto và luôn là phần ứng. Phần ứng là phần cảm ứng ra
sức điện động xoay chiều. Phần ứng bao gồm:
 Lõi thép: Là mạch từ của rôto được cấu tạo từ các là thép kỹ thuật điện có

độ dày ( 0.35-0.5) mm ghép lại với nhau. Chu vi mặt ngồi của rơto được xẻ
rãnh đều đặn để đặt dây.
 Dây quấn: Là dây đồng bọc cách điện hay dây ê-may, kiểu quấn là dải
đều trên chu vi mặt ngồi của rơto.
 Trục Rơto được làm bằng thép hợp kim có độ bền cơ khí rất cao. Trục
dùng để đỡ rơto và quay tự do bởi hai đầu có hai vịng bi.


Hình 1. 3 Cấu tạo động Roto
 Cổ góp và chổi than: Là bộ phận để chỉnh lưu hay nghịch lưu dịng điện
qua rơto. Đây có thể coi là bộ chỉnh lưu hay nghịch lưu cơ khí.
 Cổ góp hay cịn gọi là vành góp hay vành đổi chiều, có cấu tạo bởi nhiều
phiến góp bằng đồng , các phiến góp được cách điện với nhau. Các đầu dây của
các mơ bin được nối đến các phiến góp.
 Chổi than: Là thiết bị đưa dòng điện vào hoặc ra khỏi rơto, chổi than có
cấu tạo từ than granit vừa có độ bền cơ, vừa chống mài mịn, vừa có độ dẫn điện
cao.

Hình 1. 4 Cổ góp và chối than
1.1.2 Ngun lí hoạt động của động cơ một chiều.
Khi cho điện áp một chiều vào phần cảm (Stato) thì trong phần cảm xuất hiện từ
trường kt. Đồng thời đặt điện áp một chiều vào phần ứng thì trong dây quấn
phần ứng (rơto) xuất hiện dịng điện iư. Do đó thanh dẫn phần ứng chịu một lực


tác động F, có chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. F=BLI lực F sẽ tạo
mômen quay làm quay rơto.
Để chứng minh ngun lí làm việc trên, đơn giản ta xét cho máy điện có rơto là
khung dây, stato là một nam châm điện 2 cực Bắc- Nam(N-S).

Hình 1. 5 Nguyên lý hoạt động động cơ 1 chiều
Trên hình 1.5 (h.1) khi mặt phẳng khung dây ABCD trùng với các đường sức từ
của từ trường kt, nếu điện áp mạch ngoài U dương ở chổi C1 âm ở chổi C2 thì
chiều dịng điện chạy trong rơto có chiều là: (+) C1 V2 ABCD V1 C2 (-). Dùng
quy tắc bàn tay trái ta xác định được chiều của lực F và từ đó suy ra chiều
mơmen M.
Trên hình 1.5 (h.2) tương tự khi mặt phẳng ABCD quay đi 180º so với
hình 1, ta thấy chiều dịng điện chạy trong phần ứng là: (+) C1 V2 DCBA V1 C2
(-), và tương tự ta cũng xác định được chiều của lực F và chiều của mômen M.


1.1.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều.
Theo lý thuyết máy điện ta có phương trình tính tốc độ động cơ sau:
U
n =
U −I u ( R M + R f )
E
C .θ
=n0−∆ n với ¿ I ( R + R ) ¿
Công thức 1.1: n= C .θ =
Ce . θ
∆ n=
e
C .θ
0

e

u

M

f

e

( Ru + R f ) . M
U
hay n= C . θ −
C M C e θ2
e
Từ 2 phương trình trên ta thấy n(tốc độ của động cơ) phụ thuộc vào θ(từ thông),
R (điện trở phần ứng), U(điện áp phần ứng). Vì vậy để điều chỉnh tốc độ của
động cơ điện một chiều ta có 3 phương pháp.
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông θ.
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ R f trên mạch phần
cứng.
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.
* Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thơng θ.

Hình 1. 6 Sơ đồ thay thế

Hình 1. 7 Đồ thị đặc tính cơ khi thay đổi từ thơng θ
 Đồ thị trên cho thấy đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều ứng
với các giá trị khác nhau của từ thông. Khi từ thông giảm n 0 tăng nhưng ∆ n còn


tăng nhanh hơn do đó ta mới thấy độ dốc của các đường đặc tính cơ này khác
nhau. Phương pháp cho phép điều chỉnh tốc độ lớn hơn tốc độ định mức. Tuy
nhiên nhược điềm khi sử dụng phương pháp này là phải sử dụng các biện pháp

khống chế đặc biệt do đó cấu tạo và cơng nghệ chế tạo phức tạp, khiến giá thành
máy tăng.
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ Rf trên mạch phần ứng
ta có:
( Ru + R f ) . M
U
 Công thức 1.2: n= C . θ −
2
e

CM Ceθ

 Do từ thơng khơng đổi nên n0 khơng đổi, chỉ có ∆ n là thay đổi. Một điều
dễ thấy nữa là, do ta chỉ có thể tăng thêm R f chứ không thể giảm Ru nên phương
pháp này chỉ điều chỉnh được tốc độ dưới tốc độ định mức. Do R f càng lớn đặc
tính cơ càng mền nên tốc độ thay đổi nhiều khi tải thay đổi.

Hình 1. 8 Đồ thị đặc tính cơ khi thay đổi điện trở phụ Rf
 Từ đồ thị cho thầy, khi I biến thiên thì ứng với dùng dải biến thiên của I
đường đặc tính cơ nào mềm hơn thì tốc độ sẽ thay đổi nhiều hơn. Phương pháp
này cũng ít được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.


Hình 1. 9 Sơ đồ khối
 Phương pháp này cho phép điều chỉnh tốc độ cả trên và dưới định mức.
Khi U giảm thì n0 giảm nhưng ∆ n là const nên tốc độ n giảm. Vì vậy thường chỉ
điều chỉnh tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức. Còn nếu lớn hơn thì chỉ điều chỉnh
trong phạm vi rất nhỏ. Đặc điểm quan trọng của phương pháp là khi điều chỉnh
tốc độ thì mơmen khơng đổi vì từ thơng và dịng điện phần ứng đều khơng thay

đổi.
 Phương pháp này có từ thơng khơng đổi nên đặc tính cơ có độ cứng
khơng đổi. Tốc độ khơng tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp U đk của hệ
thống do đó có thể nói phương pháp này là điều khiển triệt để. Dải điều chỉnh
tốc độ của hệ thống bị chặn bởi các đặc tính cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp
định mức và từ thơng định mức. Tốc độ nhỏ nhất của dải điều khiển bị giới hạn
bởi yêu cầu về sai số tốc độ và mơmen khởi động. Khi mơmen tải là định mức
thì các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:
Công thức 1.3:
ω max=ω0 max −
ω min =ω0 min −

M đm
| β|

M đm

|β|

 Để thỏa mãn khả năng quá tải thì đặc tính thấp nhất của giải điều chỉnh
phải có mơmen ngắn mạch là:
Cơng thức 1.4:
M nmmin=M cmax =K M . M đm

 Trong đó KM là hệ số q tải về mơmen. Vì đặc tính cơ là đường thẳng
song song nhau, nên theo định nghĩa về độ cứng đặc tính cơ ta có thể viết:
Cơng thức 1.5:


ω min =( M nmmin−M đm ) .

ω0 max −
D=

M đm
| β|

M đm
( K M −1)
| β|

1 M đm
=
( K −1)
|β| |β| M

ω 0max .|β|
−1
M đm
=
K M −1

 Với ω 0 max , Mđm, KM xác định ở mỗi máy, vì vậy phạm vi điều chỉnh D phụ
thuộc tuyến tính vào giá trị của của độ cứng β . Khi điều chỉnh điện áp phần ứng
của động cơ điện một chiều bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng
mạch phần ứng gấp khoảng 2 lần điện trở phần ứng động cơ. Do đó có thể tính
sơ bộ được:
Cơng thức 1.6
ω0 max .|β|
M đm

≤ 10

 Do đó phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không vượt quá 10 khi tải có
đặc tính mơmen khơng đổi. Điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng PWM
chính là sử dụng phương pháp này.

Hình 1. 10 Đồ thị thay đổi đặc tính cơ khi thay đổi điện áp
 Kết luận: Cả 3 phương pháp trên đều điều chỉnh tốc độ động cơ 1 chiều
nhưng chỉ có phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng cách thay
đổi điện áp U đặt vào phần ứng của động cơ là tốt nhất và hay được sử dụng
nhất vì nó thu được đặc tính cơ có độ lớn khơng đổi, điều chỉnh tốc độ bằng
phẳng và ít bị tổn hao.


Chương 2: Phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM
 Nội dung của phương pháp này là thay đổi t1( thời gian xung cao), giữ
nguyên T( thời gian 1 chu kì xung). Giá trị trung bình của điện áp ra khi thay đổi
độ rộng là:
Công thức 2.1:
U tb =

t1. U
=γ .U
T

 Trong đó: γ =

t1
là hệ số lấp đầy, cịn gọi là tỷ số chu kỳ.
T

 Như vậy giải điều chỉnh của Ura là rộng (0<ε <1).
2.1 Giới thiệu về phương pháp thay đổi độ rộng xung PWM.
 Phương pháp điều chế PWM (Pulse Width Modulation) là phương pháp
điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế dựa trên sự
thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến việc thay đổi điện áp ra.
 Sử dụng phương pháp PWM điều khiển tốc độ nhanh chậm của động cơ
hay cao hơn nữa nó cịn được dùng để điều khiển ổn định tốc độ động cơ. Ngoài
lĩnh vực điều khiển hay hay ổn định tải thì phương pháp PWM cịn tham gia vào
điều khiển các mạch nguồn như: Buck converter, Boost converter, nghịch lưu 1
pha và 3 pha… Phương pháp PWM chúng ta còn gặp nhiều trong thực tế và các
mạch điện điều khiển. Điều đặc biệt là phương pháp PWM chuyên dùng để điều
khiển các phần tử điện tử cơng suất có đường đặc tính là tuyến tính khi có sẵn
một nguồn một chiều cố định.

Hình 2. 1 Dạng xung PWM


 Sơ đồ trên biểu thị dạng xung điều chế trong một chu kì, thời gian xung
lên (xung ở mức cao) có thể thay đổi dãn ra hoặc co vào và độ rộng của nó được
tính bằng phần trăm, độ rộng được tính như sau:
Cơng thức 2.2:
Độrộng =

t1
.100 %
T

Như vậy thời gian xung lên trong một chu kì càng lớn thì điện áp đầu ra càng
lớn. Điện áp đầu ra sẽ được tính như sau:

Cơng thức 2.3:
U t =U max .

t1
. 100 %
T

Ưu, nhược điểm khi sử dụng mạch PWM để điều khiển tốc độ động cơ một
chiều.
a) Ưu điểm
 Transistor ở lối ra chỉ có duy nhất hai trạng thái (ON hoặc OFF) do đó
hạn chế được tổn thất về năng lượng phát nhiệt hay năng lượng rò rỉ tại nối ra.
 Dải điều khiển rộng hơn so với mạch điều chỉnh tuyến tính.
 Tốc độ mơ tơ quay nhanh hơn khi cấp chuỗi xung điều chế theo kiểu
PWM so với khi cấp một điện áp tương đương với điện áp trung bình của chuỗi
xung PWM.
b) Nhược điểm.
 Cần các mạch điện tử bổ trợ giá thành cao.
 Các xung kích lên 12 volt có thể gân ra tiếng ồn nếu mô tơ không được
gắn chặt và tiếng ồn này sẽ tăng lên nếu gặp phải trường hợp cộng hưởng của
vỏ.
 Ngoài ra việc dùng chuỗi xung điều chế PWM có thể làm giảm tuổi thọ
của mơ tơ.
2.2 Ngun lí của phương pháp PWM.
 Đây là phương pháp được thực hiện theo nguyên tắc đóng ngắt nguồn tới
tải và một cách có chu kì theo theo luật điều chỉnh thời gian đóng cắt. Phần tử
thực hiện nhiệm vụ đóng trong mạch là các van bán dẫn.
 Xét hoạt động đóng cắt của một van bán dẫn. Dùng van đóng cắt bằng
Mosfet

Hình 2. 2 Sơ đồ đóng ngắt nguồn với tải

Hình 2. 3 Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra
 Trên là mạch nguyên lý điều khiển tải bằng PWM và giản đồ xung của
chân điều khiển và điện áp đầu ra khi dùng PWM.
 Nguyên lý 2.1: Trong khoảng thời gian 0-to ta cho van G mở tồn bộ điện
áp nguồn Ud được đưa ra tải. Cịn thời gian từ to-T cho van G khóa cắt nguồn
cung cấp cho tải .Vì vậy với to thay đổi từ 0-T ta sẽ cung cấp tồn bộ ,1 phần
hay khóa hịa tồn điện áp cung cấp cho tải .
 Cơng thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải :
 Gọi to là thời gian xung ở sườn dương ,T là thời gian cả sườn âm và
dương Umax là điện áp nguồn cung cấp cho tải
t
T

Công thức 2.4: U d =U max . 1 (V ) hay U D=U max . D
t
T

Với D = 1 là hệ số điều chỉnh và được tính bằng phần trăm


2.3 Các cách để tạo xung PWM để điều khiển
 Để tạo được PWM thì hiện nay có 2 cách thông dụng : bằng phần cứng và
bằng phần mềm .Trong phần cứng có thể tạo bằng phương pháp so sánh hay là
trực tiếp từ các IC dao động tạo xung vuông như : 555,LM556,…Trong phần
mềm được tạo bằng các chip có thể lập trình được.Tạo bằng phần mềm thì độ
chính xác cao hơn là tạo bằng phần cứng nên người ta hay sử dụng phần mềm để
tạo PWM.

2.3.1 Tạo bằng phương pháp so sánh
Để tạo bằng phương pháp so sánh thì cần 2 điều kiện sau đây :
 Tín hiệu răng cưa : Xác định tần số của PWM .
 Tín hiệu tựa là 1 điện áp chuẩn xác định mức cơng suất điều chế (tín hiệu
DC)

Hình 2. 4 Tạo xung vuông bằng phương pháp so sánh
Chúng ta sử dụng 1 bộ so sánh điện áp 2 đầu vào là 1 xung răng cưa và 1 tín
hiệu 1 chiều (Ref).
- Khi SAW < Ref thì cho ra điện áp 0V
- Khi SAW > Ref thì cho ra điện áp là Umax
Cứ như vậy mỗi khi chúng ta thay đổi Ref thì OUTPUT lại có chuỗi xung độ
rộng D thay đổi với tần số xung vuông OUTPUT = tần số xung răng cưa SAW.


2.3.2 Tạo bằng phương pháp tạo IC dao động
Như chúng ta đã biết thì có rất nhiều IC có thể tạo được trực tiếp ra xung vuông
mà không cần phải tạo tín hiệu tam giác vì trong đó nó đã tích hợp sẵn .
Ví dụ 2.1: IC555..

Hình 2. 5 Phương pháp tạo IC dao động
Với tần số xác định là f = 1/(ln.C1.(R1+2R2) nên chỉ cần điều chỉnh R2 là có thể
thay đổi độ rộng xung dễ dàng.
2.3.3.Tạo xung bằng phần mềm
Với cách này cho độ chính xác cao về tần số và độ rộng xung .Xung này được
tạo dựa trên xung nhiệt của CPU .
2.4.Tạo xung PWM bằng IC555.
Sơ lược về IC 555
2.4.1 Giới thiệu
Về cơ bản, IC 555 là một mạch định thời nguyên khối tạo ra độ trễ hoặc dao

động thời gian chính xác và rất ổn định. Khi so sánh với các ứng dụng của opamp trong cùng vùng làm việc, IC 555 cũng đáng tin cậy khơng kém và có giá
thành rẻ. Ngồi các ứng dụng của nó như là một bộ dao động đơn ổn và bộ dao
động bất ổn, bộ định thời 555 cũng có thể được sử dụng trong bộ chuyển đổi
nguổn dc-dc, đầu dị logic số, máy phát sóng, máy đo tần số tương tự và máy đo
tốc độ, máy đo và điều chỉnh nhiệt độ, bộ điều chỉnh điện áp, v.v.IC 555 có thể
được sử dụng trong phạm vi nhiệt độ từ 0° đến 70°C.


2.4.2 Thơng số
- Điện áp đầu vào: 5-18 V
- Dịng tiêu thụ 6-15mA
- Điện áp logic ở mức cao:0.5-15V
- Điện áp logic ở mức thấp : 0.03-0.06V
- Công suất tiêu thụ tối đa: 600mW
- Dòng ra tối đa 200mA
2.4.3 Cấu trúc chân và sơ đồ ngun lí

Hình 2. 6 Cấu trúc chân và sơ đồ ngun lí
Như hình trên NE555 có 2 loại là hình trịn, 8 chân và Hình chữ nhật ,8 chân. Ở
thị trường Việt Nam chủ yếu sử dụng loại 8 chân, hình chữ nhật.


Hình 2. 7 Sơ đồ cấu tạo bên trong
Ic 555 gồm 25 bóng bán dẫn ,2 diode và 15 điện trở ,có thể mơ tả nó thơng qua
sơ đồ khối gồm 2 bộ so sánh, 1 Flip flop,một bộ chia điện áp và một bóng bán
dẫn và đầu ra như hình trên.
Sơ đồ cấu trúc:

Hình 2. 8 Sơ đồ cấu trúc

Bộ chia điện áp gồm ba điện trở 5k giống hệt nhau ,tạo ra 2 điện áp tham chiếu
là 1/3 và 2/3 điện áp được cũng cấp có thể dao động từ 5V đến 15V

Hình 2. 9 Sơ đồ nguyên lý
Tiếp theo là hai bộ so sánh ,ở đây nó dùng Ic thuật toán để tạo mạch so sánh.Bộ
so sánh là một phần tử mạch so sánh hai điện áp đầu vào dương (không đảo) và
đầu vào âm ( đảo) của nó.Nếu điện áp đầu vào tại cực dương cao hơn điện áp
đầu vào tại cực âm thì bộ so sánh sẽ cho tín hiệu ra là 1 .Ngược lại,nếu điện áp
tại cực âm cao hơn điện áp tại cực dương thì bộ so sánh sẽ xuất tín hiệu ra là 0 .

Hình 2. 10 Sơ đồ nguyên lý
Ta thấy đầu của Opam 1 được nối với mức áp tham chiếu là 2/3Vcc còn đầu
đươc nối với chân 6 và đầu của Opam 2 được nối với mức áp tham chiếu là


1/3Vcc cịn đầu được nối với chân 2 .Vì vậy sử dụng ba chân Trigger,Threshold
và control chúng ta có thể kiểm soát đầu ra của hai bộ so sánh sau đó được nạp
vào đầu vào R và S của flip flop. Flip-Flop sẽ xuất ra 1 khi R = 0 và S =1 ,và
ngược lại nó sẽ xuất 0 khi R = 1 và S = 0 còn khi R = 0 và S = 0 thì flip flop giữ
nguyên trạng thái truoc đó của nó. Ngồi ra Flip Flop có thể được đặt lại về 0
thơng qua chân Reset.


2.4.4 Chức năng từng chân

Hình 2. 11 Sơ đồ chân
- Chân số 1: “GND” là chân nối đất, tất cả các mức điện áp điều được so sánh
với áp tại đường dây nối đất.
- Chân số 2: “Trigger” là chân kích : chân trigger được dùng để cung cấp đầu

vào kích cho IC 555 hoạt động ở chế độ đơn ổn. Chân này là đầu vào đảo của bộ
so sánh có nhiệm vụ làm cho transistor của flip flop chuyển trạng thái từ set
sangreset. Ngõ ra của bộ định thời phụ thuộc vào độ lớn xung bên ngoài đưa vào
chân trigger. Một xung âm
- Chân số 3: “Output” là chân xuất tín hiệu ra : Ngõ ra của bộ định thời. Có hai
cách để 1 tải có thể kết nối với chân output. Cách 1 là kết nối giữ chân 3
(output) và chân 1 (GND) hoặc giữa chân 3 và chân 8 (chân nguồn). Tải nối
giữa chân output và chân nguồn được gọi là tải thường mở, tải nối giữa chân
outpur và chân GND được gọi là tải thường đóng.
- Chân số 4: “Reset” là chân reset vi mạch: Bất cứ khi nào bộ định thời bị reset,
một xung âm được đưa đến chân 4. Đầu ra được thiết lập lại trạng thái ban đầu
bất kể điều kiện đầu vào. Khi chân này không được sử dụng, ta nối lên Vcc để
tránh mọi khả năng kích hoạt sai.
- Chân số 5: “Control voltage” là chân điện áp điều khiển. Chân ngưỡng
(threshold) và chân kích (trigger) điều khiển sử dụng chân này. Biên độ sóng ra
được quyết định bởi một biến trở hoặc một điện áp bên ngoài được đưa vào chân
này. Vì vậy, lượng điện áp trên chân này sẽ quyết định khi nào bộ so sánh được


chuyển đổi, và do đó thay đổi biên độ của đầu ra. Khi không sử dụng chân này,
ta nên nối đất thông qua 1 tụ 0,01 micro Farad để chống nhiễu.
- Chân số 6: “Threshold” là chân ngưỡng. Nó là ngõ vào không đảo của bộ so
sánh 1, được so sánh với ngõ vào đảo với điện áp tham chiếu là 2/3Vcc, bộ so
sánh trên chuyển sang +Vsat và đầu ra được đặt lại.
- Chân số 7: “discharge” là chân xả điện. Chân này nối vào cực C của transistor
và thường có một tụ điện nối giữa chân xả điện và chân nối đất. Nó được gọi là
chân xả điện vì khi transistor dẫn bão hịa, tụ C xả điện thông qua transistor. Khi
transistor ngắt, tụ được nạp thông qua điện trở và tụ bên ngoài.
- Chân số 8: “Vcc” là chân cấp nguồn. Nguồn cung cấp trong khoảng từ 5V đến
18V.

2.4.5 Mạch đa hài dùng IC 555
Vcc
R1

8

4

3

out

7
R2

6

2
C

555

1

5
0.01μF

Hình 2. 12 Mạch đa hài dùng IC 555
Trong mạch trên chân ngưỡng (6) được nối với chân nhớ (2), và 2 chân này có
chung 1 điện áp trên tụ là UC. Để so với điện áp chuẩn 1/3 Vcc và 2/3Vcc của 2

bộ so sánh 1 và 2 ở lối vào của IC555.
Tụ 0.01 µF nối chân 5 với đất để lọc nhiễu tần số cao có ảnh hưởng đến điện áp
chuẩn lối vào 2/3Vcc.
- Chân 4 được nối lên nguồn Vcc để không sử dụng chức năng Reset IC555.
- Chân 7 được nối với điện trở R1 và R2 để tạo đường phóng nạp cho tụ.
- Chân 3 có dạng xung vuông.
Nguyên lý hoạt động của mạch:


Khi mới đóng điện, điện áp trên tụ C là UC = 0 V tương ứng với điện áp chân 2
và chân 6 bằng 0V (U2(-) < 1/3Vcc, U6(+) < 2/3Vcc) qua 2 bộ so sánh IC555 lối
ra Out ở mức cao(xấp xỉ Vcc), khi đó transistor chân 7 ở trạng thái cấm và tụ C
được nạp điện. Tụ được nạp điện từ Vcc qua R1 qua R2 và qua C xuống đất, điện
áp trên tụ C tăng dần với hằng số thời gian nạp là:
Công thức 2.5: τnạp = (R1 + R2)C
- Điện áp trên tụ tăng dần:
−t

Công thức 2.6: U C =VCC .(1−e τ )
nạp

Khi điện áp trên tụ tăng đến mức ¿ 1/3 Vcc (và < 2/3Vcc) thì khi đó điện áp
trên chân 2 của bộ so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) <
2/3Vcc) lối ra ở trạng thái nhớ Out ở mức cao. Khi điện áp trên tụ tăng đến mức
¿ 2/3 Vcc thì khi đó điện áp trên chân 2 của bộ so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc)
và bộ so sánh 2 với (U6(+) > 2/3Vcc) lối ra đổi trạng thái từ lối ra Out (3) ở mức
cao sang lối ra Out (3) ở mức thấp (tương ứng 0V). Lúc này transistor ở chân 7
chuyển sang trạng thái mở bão hòa và điện áp chân 7 xấp xỉ 0V và tụ C lúc này
bắt đầu phóng điện, tụ phóng điệ từ C qua R2 và qua chân 7 và transistor trong
IC555 xuống đất với hằng số thời gian là:

Cơng thức 2.8: τphóng = R2C
- Lúc này điện áp trên tụ C lại giảm dần từ mức điện áp 2/3Vcc xuống 0V
Cơng thức 2.9:
UC

−t
τ phóng

=VCC . ( 1−e )

Khi điện áp trên tụ giảm ở mức >1/3 Vcc (và < 2/3Vcc) thì khi đó điện áp trên
chân 2 của bộ so sánh thứ 1 (U2(-) > 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) <
2/3Vcc) lối ra ở trạng thái nhớ Out ở mức thấp.
Khi điện áp trên tụ giảm đến mức ¿ 1/3 Vcc thì khi đó điện áp trên chân 2 của
bộ so sánh thứ 1 (U2(-) < 1/3 Vcc) và bộ so sánh 2 với (U6(+) < 2/3Vcc) lối ra
đổi trạng thái từ lối ra Out (3) ở mức thấp sang lối ra Out (3) ở mức cao (tương
ứng Vcc). Lúc này transistor ở chân 7 chuyển sang trạng thái cấm và tụ C lúc
này lại được nạp điện lại.
Quá trình này được lặp đi lặp lại và mạch tự dao động
Điện áp trên tụ C được nạp từ giá trị 1/3Vcc đến 2/3Vcc (trừ chu kỳ đầu tiên khi
đóng mạch là tụ được nạp từ 0V đến 2/3Vcc). Tụ phóng điện từ điện áp 2/3Vcc
xuống tới 1/3Vcc.


Chu kỳ dao động:
- Thời gian tụ nạp điện là:
Công thức 2.10: tnạp = 0.69* τnạp = 0.69(R1 + R2)C
- Thời gian tụ phóng là:
Cơng thức 2.11: tphóng = 0.69* τphóng = 0.69R2C
- Chu kỳ dao động của mạch là:

Cơng thức 2.12: T = tnạp + tphóng = 0.69(R1 + 2R2)C
Do thời gian phóng và thời gian nạp khơng bằng nhau (thường tnạp > tphóng) nên
xung vng ở lối ra khơng đối xứng và có thời gian có xung lớn hơn thời gian
khơng có xung.
Dạng xung ra:

Hình 2. 13 Dạng xung ra

Hình 2. 14 Mạch đơn đa hài dùng IC555
Vcc
R1

8

4

3

out

7
6
Uv

555

2
C

1

5

Hình 2. 15 Sơ đồ nguyên lý
Nguyên lý hoạt động của mạch:

0.01μF