Tài liệu ĐỀ TÀI THỰC KỸ THUẬT MẠCH docx

ĐỀ TÀI THỰC KỸ THUẬT MẠCH
Để kết hợp tốt giữa lý thuyết và thực tế và nâng cao tay nghề làm việc
trong thực tế của sinh viên ngành Điện tử_Viễn thông tôi đưa ra chương trình
thực tập xưởng cho sinh viên ngành Điện tử_Viễn thông như sau:
Chương trình bao gồm bài thực tập:
I. CÁC BÀI THỰC TẬP:
1. Sinh viên học cách đo đạc sử dụng các thiết bị đo lường cơ bản trong
thực tế như đo điện trở, đo dòng điện, đo điện áp bằng đồng hồ vạn năng, sử
dụng mỏ hàn, máy hiện sóng.
2. Sinh viên học cách đo, sử dụng các linh kiện điện tử cơ bản trong thực tế
như điện trở, tụ điện, diode, transistor… Kiểm tra chất lượng xem các linh kiện
này còn tốt đã hư hỏng, kém chất lượng.
3. Học cách làm mạch in trong thực tế bao gồm các phần:
- Tính toán thiết kế mạch về mặt lý thuyết.
- Hiệu chỉnh các thông số của linh kiện điện tử tính toán về mặt lý thuyết
sang các thông số có sản xuất trong thực tế có thể mua được trên thị trường.
- Đi mua và đo kiểm tra chất lượng các linh kiện trước khi lắp mạch.
- Lắp mạch Test thử trên bo cắm vạn năng.
- Thiết kế, vẽ sơ đồ mạch in.
- Khoan mạch in để làm lỗ cắm chân linh kiện.
- Sơn phủ tạo đường mạch trên miếng Bakelit tráng đồng.
- Ngâm mạch in trong hoá chất ăn mòn tạo thành đường mạch.
- Tẩy rửa , phơi khô mạch in.
- Cắm chân các linh kiện lên mạch in, kiểm tra so sánh lại với mạch lý
thuyết sau đó tiến hành hàn mạch in.
- Đưa mạch in thành phẩm ra chạy, test thử, hiệu chỉnh lại so sánh kết quả
với mạch lý thuyết. Nếu có sai số vượt quá giới hạn cho phép phải hiệu chỉnh lại
các thông số kỹ thuật của linh kiện hoặc mạch điện.
1
4. Sau khi sinh viên đã nắm được kiến thức cơ bản về làm mạch in sẽ tiến
hành làm các mạch sau:

a. Thiết kế lắp đặt mạch khuyếch đại tín hiệu nhỏ dùng transistor.
b. Thiết kế lắp đặt mạch dao động đa hài dùng hai bóng transistor.
c. Lắp mạch dao động phát xung dùng IC 555.
d. Lắp mạch khuyếch đại vi sai.
e. Lắp mạch khuyếch đại công suất đẩy kéo.
II-YÊU CẦU ĐỐI VỚI SINH VIÊN SAU KHI HOÀN THÀNH CHƯƠNG TRÌNH
THỰC TẬP XƯỞNG:
1. Sử dụng tốt các thiết bị đo lường kiểm tra cơ bản của ngành điện tử
viễn thông như đồng hồ vạn năng tương tự, đồng hồ vạn năng số, máy hiện
sóng…
2. Đo kiểm tra chất lượng các linh kiện điện tử cơ bản trong thực tế như tụ
điện, điện trở, transistor, diode, thyristor…
3. Sử dụng thành thạo các linh kiện điện tử trong thực tế.
4. Biết cách lắp ráp, hàn chân linh kiện.
5. Nắm được quy trình thiết kế mạch in và cách thi công làm mạch.
6. Thiết kế một số mạch điện tử cơ bản trên lý thuyết. Sau đó lắp ráp làm
thành một vỉ mạch hoàn chỉnh.
2
BÀI 1:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ LẮP ĐẶT MẠCH KHUYẾCH ĐẠI
TÍN HIỆU NHỎ DÙNG TRANSISTOR.
1.1 Thiết kế mạch khuếch đại tuyến tính sử dụng transistor C1815 khuyếch
đại tín hiệu từ 20mV lên 2V xoay chiều.
1) Chọn kiểu mạch khuếch đại:
Giả sử chọn mạch khuếch đại theo kiểu thông dụng nhất là mạch khuếch
đại ráp kiểu E chung, tải R
C
, điện trở R
E
ổn định nhiệt và cực B được phân cực

bằng cầu phân áp (hình 1.1).

+
C2
+
C3
+
C1
Vcc
+
-
Vs
Q1
Rs
Re
Rc
Rb2
Rb1
Hình 1.1
Chọn điện áp nguồn V
CC
= 9V là mức điện áp thông dụng cho các mạch
khuếch đại tín hiệu nhỏ.
Chọn transisto có β = 100 và h
ie
= 2,5kΩ và chọn hệ số ổn định nhiệt S = 20
2) Xác định điểm làm việc tĩnh của transisto:
Ta có: h
ie
= r

b
+ β.r
e
≈ β.r
e
Suy ra:
Ω=
Ω
=
β
= 25
100
k5,2
h
r
ie
e
Mặt khác, điện trở r
e
còn được tính theo công thức:
I
C
≈ I
E
= 1mA
3
mA1
25
mV26
r

mV26
I
I
mV26
r
e
e
E
e
≈
Ω
==⇒≈
Thông thường, điện trở RC và RE được chọn sao cho:
V
CE
=
1
/
2
V
CC
và I
E
. R
E
≈
1
/
10
V

CC
.
3) Tính điện trở RE:
Ω=== k9,0
mA1x10
V9
I.10
V
R
E
CC
1E

Chọn: I
E
.R
E
=
1
/
10
V
CC
⇒
Ω=== k9,0
mA1x10
V9
I.10
V
R

E
CC
1E
Lấy điện trở R
E
theo trị số tiêu chuẩn là R
E
= 1kΩ
4) Tính điện trở RC:
Chọn V
CE
=
1
/
2
V
CC
=
1
/
2
x 9V = 4,5V
ở ngõ ra ta có đẳng thức:
V
CC
= I
C
. R
C
+ V

CE
+ I
E
. R
E
⇒ R
C
=
Ω=
Ω−−
=
−−
k5,3
mA1
)k1xmA1(V5,4V9
I
RIVV
C
E.ECECC
Lấy điện trở R
C
theo trị số tiêu chuẩn là: R
C
= 3,3kΩ. Khi chọn trị số R
C
và R
E
theo trị số tiêu chuẩn thì điện áp V
CE
sẽ bị thay đổi chút ít trên đặc tuyến

I
C
/V
CE
.
5) Tính điện trở RB1 – RB2:
Để tính trị số R
B1
– R
B2
thì đầu tiên phải tính trị số R
B
và V
BB
theo mạch
tương đương được qui đổi ra từ định lý thevenin (hình 1.2):
+
Vbb
Rb
Vcc
Q1
Re
Rc
Hình 1.2
Ta đã biết hệ số ổn định nhiệt được tính theo công thức:
4
20RS
B
=≈
Suy ra:

EBE
E
B
R20RR.20
R
R
=⇒=
⇒ R
B
= 20 . 1kΩ = 20kΩ
Theo mạch điện hình 2.4a ở ngõ vào ta có đảng thức
V
BB
= I
B
. R
B
+ V
EE
+ I
E
. R
E
Trong đó: I
E
= 1mA, I
B
=
mA01,0
100

mA1
I
C
==
β
Thay vào đó ta có:
VB
B
= (0,01mA x 20kΩ) + 0,6V + (1mA x 1kΩ) = 1,8V
Theo định lý thevenin ta có:
2B1B
2B
CCBB
RR
R
.VV
+
=
và
2B1B
2B1B
B
RR
R.R
R
+
=
Giải phương trình có hai ẩn số này ta tìm được trị số của R
B1
và R

B2
là
R
B1
= 100kΩ, R
B2
= 25kΩ
Chọn điện R
B1
và R
B2
theo trị số tiêu chuẩn là:
R
B1
= 100kΩ, R
B2
= 27kΩ
6) Nghiệm lại trên mạch điện:
Trình tự nghiệm lại trên mạch điện giống như cách tính trạng thái một
chiều theo phương pháp toán học và tính trên mạch điện hình 2.5 như đã thiết
kế.
V9,1
k27k100
k27
xV9
RR
R
.VV
2B1B
2B

CCBB
≈
Ω+Ω
Ω
=
+
=
Ω≈
Ω+Ω
ΩΩ
=
+
= k25,21
k27k100
k27xk100
RR
R.R
R
2B1B
2B1B
B

5
3 . 3 k
1 0 0 K
2 7 k
1 k
Vcc
Q1
Rc

Re1Rb2
Rb1
Hình 1.3
EB
BEBB
B
R.R
VV
I
β+
−
=
mA01,0
k1.100k25,21
V7,1V9,
R.R
VV
I
EB
BEBB
B
=
Ω+Ω
−1
=
β+
−
=
Suy ra: I
C

≈ I
E
= β.I
B
= 100 x 0,01mA = 1mA
Tính điện áp các chân:
V
E
= I
E
. R
E
= 1mA x 1kΩ = 1V
V
B
= V
E
+ V
BE
= 1V + 0,7V = 1,7V
V
C
= V
CC
– I
C
.R
C
= 9V – (1mA . 3,3kΩ)
= 5,7V

V
CE
= V
C
– V
E
= 5,7V – 1V = 4,7V
Mạch điện hình 1.3 có các điện trở với trị số theo thiết kế được chọn theo
trị số tiêu chuẩn.
2.5 Tính các thông số của mạch ở trạng thái xoay chiều
Mạch điện hình 1.3 được vẽ lại đầy đủ như hình 1.4 với các tụ điện liên
lạc và tụ điện phân dòng
6
1 0 0 k
2 7 k
1 k
1 0 u F
1 0 u F
4 7 u F
3 , 3 k
+
C3
+
C2
+
C1
Vcc
+
-
Vs

Q1
Rs
Re1
Rc1
Rb2
Rb1
Hình 1.4
1) Trường hợp có tụ điện là C
E
.
Đối với tín hiệu xoay chiều các tụ điện liên lạc và tụ điện phân dòng được
coi như nối tắt. Phương trình đường tải động được viết lại là:
C
CECC
R
VV
IC
−
=
Đường tải động là đường thẳng cắt điểm
RC
VCC
IC=
và đi qua điểm làm
việc tĩnh Q
Các thông số của mạch được tính theo các công thức của cách ráp cực E
chung.
Ta có:
- Tổng trở vào của Transisto là:
r

i
= h
ie
= 2,5kΩ (đã cho trước)
- Độ khuếch đại dòng điện là:
A
I
= β = 100 (đã cho trước)
- Độ khuếch đại điện áp riêng của Transisto là:
132
k5,2
k3,3
x100
hie
RC
.AV −=−=β−=
- Tổng trở vào chung của mạch là:
R
i
= h
ie
// R
B
(với R
B
= T
B1
//R
B2
)

7
Ω≈
Ω+Ω
ΩΩ
=
+
= k2,2
k25,21k5,2
k25,21xk5,2
RBhie
RB.hie
Ri
Nếu nguồn tín hiệu xoay chiều là Micro thì nội trở nguồn rs = 600Ω.
- Độ khuếch đại điện áp chung của mạch là:
Si
i
S
i
i
0
VO
rR
R
.AV
V
V
V
V
A
+

===
103
600k2,2
k2,2
x132A
v
−≈
Ω+Ω
Ω
−=
2) Trường hợp không có tụ điện CE:
Nếu không có tụ điện phân dòng CE thì cực E không được nối mass ở
trạng thái xoay chiềuTrường hợp này đường tải động cũng chính là đường tải
tĩnh.Các thông số của mạch ở trạng thái xoay chiều được tính lại là:
- Tổng trở vào của transisto là:
i
eeeebb
i
i
i
i
R.ir.ir.i
i
v
r
++
==
r
i
= r

b
+ β.r
e
+ β.R
E
= h
ie
+ β.R
E
= 2,5kΩ + 100 x 1kΩ = 102,5kΩ
- Độ khuếch đại điện áp riêng của transisto là:
Eie
C
Eieb
Cb
ib
cc
i
0
v
R.h
R
.
)R.h(i
R.i.
r.i
R.i
v
v
A

β+
β−=
β+
β
===

Do β.R
E
>> h
ie
nên:
E
C
V
R
R
A −≈
và r
i
≈ β. R
E

Như vậy:
3,3
k1
k3,3
AV −=
Ω
Ω
−=

Độ khuếch đại điện áp khi không có tụ CE bị giảm rất nhỏ:
- Tổng trở vào chung của mạch là:
Ω=
Ω+Ω
ΩΩ
== k6,17
k25,21k5,102
k25,21xk5,102
R//rR
Eii
8
- Độ khuếch đại điện áp chung của mạch là:
2,3
600k6,17
k6,17
x3,3
rR
R
xAA
Si
i
VVO
−≈
Ω+Ω
Ω
−=
+
=
Nhận xét:
Khi mạch khuếch đại dùng transisto ráp kiểu E chung có điện trở RE ổn

định nhiệt và không có tụ điện phân dòng CE thì tổng trở vào sẽ tăng lên và độ
khuếch đại điện áp sẽ giảm xuống. Đây là mạch khuếch đại hồi tiếp sẽ phân tích
kỹ trong chương “Khuếch đại hồi tiếp”.
3) Trường hợp có điện trở tải RL:
Sơ đồ hình 2.13e và 2.13f là trường hợp có điện trở tải RL và mạch tương
đương.
Theo mạch tương đương ta có RL = RC // RL, lúc đó các thông số của
mạch được tính lại như sau:
ie
i
V
h
R
.A β−=
(khi có t ụ C
E
)
E
L
V
R
R
A −=
(khi không có tụ C
E
)
Trong đó RL gọi là tải xoay chiều của mạch
Bài 2: Thiết kế mạch đa hài phi ổn theo các thông số kỹ thuật sau: V
CC
=

12V, dòng điện tải ở cực là I
L
= 10mA, transisto có β = 100, tần số dao động là f
= 1000Hz. Mạch thay đổi được tần số dao động đầu ra.
2.1 – LÝ THUYẾT THIẾT KẾ MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN CƠ BẢN
1) Sơ đồ mạch:
9
Vcc
T2
T1
C2
C1
Rc2
R2
R1
Rc1
10
2) Nguyên lý hoạt động
Thông thường, mạch đa hài phi ổn là mạch đối xứng nên hai transisto có
cùng tên và các linh kiện điện trở, tụ điện có cùng trị số.
Tuy là hai transisto cùng tên, các linh kiện cùng trị số nhưng không thể
giống nhau một cách tuyệt đối. Điều này sẽ làm cho hai transisto trong mạch dẫn
điện không bằng nhau. Khi mở điện sẽ có một transisto dẫn điện mạnh hơn và
một transisto dẫn điện yếu hơn. Nhờ tác dụng của mạch hồi tiếp dương từ cực C
2
về cực B
1
và từ cực C
1
về cực B

2
sẽ làm cho transisto dẫn mạnh hơn tiến dần đến
bão hoà, transisto dẫn điện yếu hơn tiến dần đến ngưng dẫn.
Giả thiết T
1
dẫn điện mạnh hơn, tụ C
1
nạp điện qua R
C2
làm cho dòng I
B1
tăng cao nên T
2
tiến đến bão hoà. Khi T
1
bão hoà, dòng I
C1
tăng cao và
V
C1
≈ V
CPsat
≈ 0,2V, tụ C
2
xả điện qua R
B2
và qua T
1
. Khi tụ C
2

xả điện, điện áp
âm trên tụ C
2
đưa vào cực B
2
làm T
2
ngưng (hình 5.1)
Thời gian ngưng dẫn của T
2
chính là thời gian tụ C
2
xả điện qua R
B2
. Sau
khi tụ C
2
xả xong, cực B
2
lại được phân cực nhở R
B2
nên T
2
dẫn bão hoà làm
V
C2
= V
CEsat
≈ 0,2V. Điều này làm tụ C
1

xả điện qua R
B1
và điện áp âm trên tụ C
1
đưa vào cực B
1
làm cho T
1
ngưng. Lúc đó, tụ
C2
lại nạp điện qua R
C1
làm cho
dòng I
B2
tăng cao và T
2
bão hoà nhanh.
Thời gian ngưng dẫn của T
1
chính là thời gian tụ C
1
xả điện qua R
B1
.
Saukhi tụ C
1
xả điện xong, cực B
1
lại được phân cực nhở R

B1
nên T
1
trở lại trạng
thái dẫn bão hoà, như trạng thái giả thiết ban đầu. Hiện tượng này được lặp đi
lặp lại tuần hoàn
3) Dạng sóng ở các chân
Xét cực B
1
khi T
1
bão hoà V
B
≈ 0,8V. Khi T
1
ngưng cho tụ C
1
xả điện làm
cực B
1
có điện áp âm (khoảng -V
CC
) và điện áp âm này giảm dần theo hàm số
mũ.
Xét cực C
1
: khi T
1
bão hoà V
C1

≈ 0,2V, khi T
1
ngưng V
C1
≈ +V
CC
. Dạng
sóng ra ở cực C là dạng sóng vuông.
Tương tự khi xét B
2
và cực C
2
. Dạng sóng ở hai cực này cùng dạng với
dạng sóng ở cực B
1
và C
1
nhưng đảo pha nhau.
11
T = t
1
+ t
2
Trong đó, t
1
là thời gian tụ C
1
xả điện qua R
B1
từ điện áp –V

CC
lên ≈ 0V.
Vì tụ C
1
xả điện từ –V
CC
lên nguồn +V
CC
nên điện áp tức thời của tụ (lấy mức
-V
CC
làm gốc) là:
11B
1
CC1C
C.R
t
e.V.2V ==

V
C1
= 2V
CC
. e
Thời gian t
1
để tụ C
1
xả qua R
B1

từ – V
CC
lên 0V cho bởi công thức:
11B
1
CCCC
C.R
t
e.V2V ==
V
CC
= 2V
CC
. e
Suy ra:e =
2
C.R
t
11B
1
=
⇒
21ln
C.R
t
11B
1
=
⇒ t
1

= R
B1
.C
1
.ln2 ≈ 0,69. R
B1
.C
1
Tương tự, thời gian t
2
để tụ C
2
xả điện qua R
B2
từ –V
CC
lên 0V là:
t
2
≈ 0,69. R
B2
.C
2
12
Chu kỳ dao động là:
t
C
1
xả
t1

V
B1
-V
CC
0,8
V
t
+V
CC
V
C1
C
1
xả
t2
V
B2
-V
CC
0,8
V
t
t
+V
CC
V
C2
Hình 5-3: Dạng sóng ở các chân
13
T = t

1
+ t
2
= 0,69 (R
B1
.C
1
+ R
B2
.C
2
)
Trong mạch đa hài phi ổn đối xứng ta có:
R
B1
= R
B2
= R
B
và C
1
= C
2
= C
Chu kỳ dao động là:
Tần số của xung vuông là:
( )
22B11B
C.RC.R.69,0
1

T
1
f
+
==
Nếu là mạch đa hài phi ổn đối xứng, ta có
C.R.4,1
1
T
1
f
B
==
4) Thiết kế mạch dao động tại tần số f = 1000Hz:
a. Tính trị số các linh kiện:
Sơ đồ mạch:
Vcc
T2
T1
C2
C1
Rc2
R2
R1
Rc1
- Tính điện trở tải R
C
:
Khi transisto chạy bão hoà sẽ có:
V

C
= V
CEsat
≈ 0,2V
I
C
= I
L
= 10mA
Điện trở R
C
được tính theo công thức:

Ω≈
−
=
−
=
−
k2,1
10.10
2,012
I
VV
R
3
C
CEsatCC
C
14

T = 2. 0,69 R
B
.C = 1,4 R
B
.C
- Tính điện trở phân cực R
B
:
Để transisto dẫn bão hoà sâu, thường chọn hệ số bão hoà là: k = 3
Ta có:
mA3,0
100
10
.3
I
.kI
3
C
B
==
β
=
−
Ta có:
mA3,0
100
10
.3
I
.kI

3
C
B
==
β
=
−
Điện áp phân cực transisto dần bão hoà là:
V
B
= V
BEsat
≈ 0,8V
Điện trở R
B
được tính theo công thức:
Ω≈
−
=
−
=
−
k37
10.3,0
8,012
I
VV
R
3
B

BEsatCC
B
Chọn điện trở R
B
theo trị số tiêu chuẩn là 39kΩ
- Tính trị số tụ điện C:
Từ công thức tính tần số của mạch đa hài phi ổn đối xứng là:
C.R4,1
1
f
B
=
Suy ra:
F01,0
10.10.39.4,1
1
f.R4,1
1
C
33
B
µ===
2.3 MẠCH PHI ỔN THAY ĐỔI TẦN SỐ
15
1) Sơ đồ mạch
Vcc
T2
T1
C2
C1

VR
Rc2
R2
R1
Rc1
Từ công thưc tính tần số của mạch đa hài phi ổn, cho thấy tần số dao động
có thể thay đổi bằng cách thay đổi trị số điện trở R
B
hay thay đổi trị số tụ điện C.
Thông thường người ta dùng biến trở VR để thay đổi trị số R
B
như hình 5.4
2) Nguyên lý – Thiết kế
Biến trở VR là phần điện trở phân cực chung cho hai cực B của hai
transisto. Điều kiện của mạch là khi điều chỉnh biến trở VR sẽ không làm thay
đổi nguyên lý hoạt động của mạch, khi dẫn điện transisto vẫn phải ở trạng thái
bão hoà.
Khi điều chỉnh biến trở VR sẽ làm thay đổi trị số điện trở R
B1
và R
B2
trong
khoảng:
R
B1max
= R
1
+ VR hay R
B2max
= R

2
+ VR
R
B1min
= R
1
hay R
B2min
= R
2
Giới hạn trên sẽ cho ra khoảng tần số mà mạch dao động có thể tạo ra
được.
Giả thiết mạch đa hài phi ổn được thiết kế trong phần trên có tần số điều
chỉnh được từ f
min
= 500Hz đến f
max
= 1500Hz thì phần tính toán được giải theo
trình tự sau:
a) Đầu tiên ta giả thiết mạch dao động đa hài phi ổn có tần số dao động
không đổi là tần số trung bình của fmin và fmax:
Hz1000
2
1500500
2
ff
f
maxmin
tb
=

+
=
+
=
16
b) Với tần số không đổi là f
tb
= 1000Hz bài toán đã trở về dạng thiết kế mạch
đa hài phi ổn cơ bản như trên và ta đã có kết quả:
R
C
= R
C1
= R
C2
= 1,2kΩ
R
B
= R
B1
= R
B2
= 39kΩ
C = C
1
= C
2
= 0,018µF
c) Sau khi có kết qủa trên ta giữ trị số tụ C không đổi và thay đổi trị số điện
trở R

B
để thay đổi tần số f
Ta có:
C.R4,1
1
f
B
=
Suy ra:
C.f4,1
1
R
B
=
Trị số R
B
tỉ lệ nghich với tần số f nên ta có hai trường hợp:
• Tần số là f
min
khi R
bmax
• Tần số là f
max
khi R
bmin
d) Tính trị số điện trở RB
Ω===
−
k80
10.018,0.500.4,1

1
C.f4,1
1
R
6
min
maxb
Ω===
−
k27
10.018,0.1500.4,1
1
C.f4,1
1
R
6
max
minb
Trong phần nguyên lý, ta đã có:
R
Bmin
= R
1
= R
2
= 27kΩ
R
Bmax
= R
1

+ VR = R
2
+ VR = 80kΩ
Suy ra: VR = R
Bmax
– R
Bmin
= 80kΩ - 27kΩ = 53kΩ
Chọn biến trở VR = 50kΩ theo tiêu chuẩn
e) Kiểm tra điều kiện bão hoà
17
Điều kiện của mạch đa hài phi ổn là khi dẫn điện phải ở trạng thái bão
hoà. Khi thay đổi biến trở VR sẽ làm thay đổi R
B
và dòng điện I
B
nên cần kiểm
tra lại trạng thái dẫn của transisto khi có R
Bmax
.
Ta có:
mA14,0
10.80
8,012
R
VV
I
3
maxB
BEsatCC

maxb
=
−
=
−
=
Do dòng điện IC = 10mA, với β = 100 thì ở trạng thái khuếch đại ta có:
mA1,0
100
10.10
I
I
3
C
B
==
β
=
−
Dòng điện I
Bmin
= 0,14mA vẫn lớn hơn I
B
= 0,1mA, nên vẫn đảm bảo
transisto dẫn điện bão hoà. Trường hợp không đạt điều kiện này thì phải chọn
transisto có β lớn hơn, hay dùng hai transisto ráp kiểu Darlington.
Vậy ta có sơ đồ mạch với trị số các linh kiện được tính toán như sau:
50k
0.2uF
0.2uF

T1
T2
+12V
1.2k
27k
27k
1.2k
18
BÀI 3: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT MẠCH DAO ĐỘNG
VỚI TẦN SỐ 100HZ DÙNG IC555
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ VI MẠCH ĐỊNH THÌ 555
3.1 ĐẠI CƯƠNG
Vi mạch định thì 555 và họ của nó được ứng dụng rất rộng rãi trong thực
tế, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển, vì nếu kết hợp với các linh kiện RC thì nó
có thể thực hiện nhiều chức năng như định thì, tạo xung chuẩn, tạo tín hiệu kích,
hay điều khiển các kinh kiện bán dẫn công suất như transisto, SCR, triac.
3.2 SƠ ĐỒ CHÂN VÀ CẤU TRÚC
Hình 3.1
Vi mạch 555 được chế tạo thông dụng nhất là dạng vỏ plastic.Bên trong vi
mạch 555 có hơn 20 transisto và nhiều điện trở thực hiện các chức năng như
trong hình 3.1 gồm có:
19
1) Cầu phân áp gồm ba điện trở 5kΩ nối từ nguồn +VCC xuống mass cho ra
hai điện áp chuẩn là 1/3 VCC và 2/3 VCC
2) OP-AMP (1) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In
-
nhận điện áp chuẩn
2/3 VCC, còn ngõ In
+
thì nối ra ngoài chân 6. Tuỳ thuộc điện áp của chân 6 so

với điện áp chuẩn 2/3 VCC mà OP-AMP (1) có điện áp ra mức cao hay thấp để
làm tín hiệu R (Reset), điều khiển Flip-Flop (F/F).
3) OP-AMP (2) là mạch khuếch đại so sánh có ngõ In
+
nhận điện áp chuẩn
1/3 VCC, còn ngõ In
-
thì nối ra ngoài chân 2. Tuỳ thuộc điện áp chân 2 so với
điện áp chuẩn 1/3 VCC mà OP-AMP (2) có điện áp ra mức cao hay thấp để làm
tín hiệu S (Set), điều khiển Flip – Flop (F/F).
4) Mạch Flip – Flop (F/F) là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân Set
(S) có điện áp cao thì điện áp nầy kích đổi trạng thái của F/F ở ngõ Q lên mức
cao và ngõ Q xuống mức thấp. Khi ngõ Set đang ở mức cao xuống thấp thì mạch
F/F không đổi trạng thái. Khi chân Reset (R) có điện áp cao thì điện áp nầy kích
đổi trạng thái của F/F làm ngõ Q lên mức cao và ngõ Q xuống mức thấp. Khi
ngõ Reset đang ở mức cao xuống thấp thì mạch F/F không đổi trạng thái.
5) Mạch OUTPUT là mạch khuếch đại ngõ ra để tăng độ khuếch đại dòng
cấp cho tải. Đây là mạch khuếch đại đảo, có ngõ vào là chân Q của F/F, nên khi
Q ở mức cao thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp thấp(≈0V), và ngược lại, khi
Q ở mức thấp thì ngõ ra chân 3 của IC sẽ có điện áp cao (≈VCC)
6) Transisto T1 có chân E nối vào điện áp chuẩn khoảng 1,4V, là loại
transisto PNP. Khi cực B nối ra ngoài bởi chân 4, có điện áp cao hơn 1,4 V, thì
T1 ngưng dẫn, nên T1 không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch. Khi chân 4 có
điện trở trị số nhỏ thích hợp nối mass thì T1 dẫn bão hoà, đồng thời làm mạch
OUTPUT cũng dẫn bão hoà, và ngõ ra xuống thấp. Chân 4 được gọi là chân
Reset có nghĩa là nó reset IC 555 bất chấp tình trạng ở các ngõ vào khác. Do đó,
chân Reset dùng để kết thúc xung ra sớm khi cần. Nếu không dùng chức năng
Reset thì nối chân 4 lên VCC để tránh mạch bị Reset do nhiễu.
7) Transisto T2 là transisto có cực C để hở, nối ra chân 7 (Discharge = xả).
Do cực B được phân cực bởi mức điện áp ra Q của F/F, nên khi Q ở mức cao thì

20
T2 bão hoà và cực C của T2 coi như nối mass. Lúc đó, ngõ ra chân 3 cũng ở
mức thấp. Khi Q ở mức thấp thì T2 ngưng dẫn cực C của T2 bị hở, lúc đó, ngõ
ra chân 3 có điện áp cao. Theo nguyên lý trên, cực C của T2 ra chân 7 có thể
làm ngõ ra phụ có mức điện áp giống mức điện áp của ngõ ra chân 4.
7.3 MẠCH ĐA HÀI PHI ỔN DÙNG 555
1) mạch phi ổn cơ bản
0.1uF
C
1
Gnd
2
Trg
3
Out
4
Rst
5
Ctl
6
Thr
7
Dis
8
Vcc
555
Vcc
12
R1
1k

RB
RA
Hình 3.2
Sơ đồ mạch hình 3.2 là ứng dụng của IC 555 làm mạch đa hài phi ổn để
tạo xung vuông.
Trong mạch, chân ngưỡng (Threshold) số 6 được nối với chân nảy
(Trigger) số 2, nên hai chân này có chung điện áp là điện áp trên tụ C, để so với
điện áp chuẩn 2/3V
CC
và 1/3V
CC
bởi OP-AMP (1) và OP-AMP (2). Chân 5 có tụ
nhỏ 0,1µF nối mass để lọc nhiễu tần số cao có thể làm ảnh hưởng điện áp chuẩn
2/3V
CC
.
Chân 4 nối nguồn +V
CC
nên không dùng chức năng Reset, chân 7 xả điện được
nối vào giữa hai điện trở R
A
và R
B
tạo đường xả điện cho tụ. Ngõ ra chân 3, có
điện trở giới hạn dòng 1,2kΩ và Led để biểu thị mức điện áp ra – chỉ có thể
dùng trong trường hợp tần số dao động có trị số thấp từ 20Hz trở xuống, vì ở tần
số cao hơn 40Hz, trạng thái sáng tắt của Led khó có thể nhận biết bằng mắt
thường.
Để phân tích nguyên lý của mạch, cần phối hợp mạch ứng dụng hình 7.3 và sơ
đồ cấu trúc hình 7.2

21
Khi mới đóng điện tụ C bắt đầu nạp từ 0V lên nên:
- OP-AMP (1) có V
i
+
< V
i
-
nê ngõ ra cso V
01
= mức thấp, ngõ R = 0 (mức
thấp)
- OP-AMP (2) có V
i
+
> V
i
-
nên ngõ ra có V
02
= mức cao, ngõ S = 1 (mức
cao)
- Mạch F/F có ngõ S = 1 nên Q = 1 và
Q
= 0. Lúc đó, ngõ ra chân 3 có V
0
≈ V
CC
(do qua mạch đảo) làm Led sáng.
- Transisto T

2
có V
B2
= 0V, do
Q
= 0 nên T
2
ngưng dẫn và để tụ C được
nạp điện.
Tụ C nạp điện qua R
A
và R
B
với hằng số thời gian khi nạp là:
Khi điện áp trên tụ tăng đến mức 1/3 V
CC
thì OP-AMP (2) đổi trạng thái,
ngõ ra có V
02
= mức thấp, ngõ S = 0 (mức thấp). Khi S xuống mức thấp thì F/F
không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra vẫn ở mức cao, Led vẫn sáng.
Khi điện áp trên tụ tăng đến mức

2/3 V
CC
thì OP-AMP (1) đổi trạng thái,
ngõ ra có V
01
= mức cao, ngõ R = 1.
- Mạch F/F có ngõ R = 1 nên

Q
= 1. Lúc đó, ra chân 3 có V
0
≈ 0V làm
Led tắt. Khi ngõ
Q
= 1 sẽ làm T
2
dẫn bão hoà và chân 7 nối mass làm tụ C
không nạp tiếp điện áp được, mà phải xả điện qua R
B
và transisto T
2
xuống
mass. Tụ C xả điện qua R
B
với hằng số thời gian là:
Khi điện áp trên tụ tức là điện áp chân 2 và chân 6 giảm xuống dưới 2/3
Vcc thì OP-AMP (1) đổi trở lại trạng thái cũ là V
01
có mức thấp, ngõ
R = 0. Khi R xuống mức thấp thì F/F không đổi trạng thái nên điện áp ngõ ra
vẫn ở mức thấp, Led vẫn tắt. Khi điện áp trên tụ giảm xuống đến mức 1/3 V
CC
thì OP-AMP (2) lại có V
i
+
> V
i
-

nên ngõ ra có V
02
có mức cao, ngõ S
1
= 1. Mạch
22
t
nạp
= (R
A
+ R
B
) C
t
xả
= R
B
.C
F/F có ngõ S = 1 và Q = 0, ngõ ra chân 3 qua mạch đảo có V
0
≈ +V
CC
làm Led
lại sáng. Đồng thời, lúc đó T
2
mất phân cực do Q = 0 nên ngưng dẫn và chấm
dứt giai đoạn xả điển của tụ. Như vậy, mạch đã trở lại trạng thái ban dầu và tụ
lại nạp điện từ mức 1/3 V
CC
lên đến 2/3 V

CC
.
Hiện tượng trên sẽ tiếp diễn liên tục và tuần hoàn.
Lưu ý: Khi mới mở điện tụ C sẽ nạp điện, từ 0V lên đến 2/3V
CC
rồi sau đó
tụ xả điện là 2/3V
CC
xuống 1/3V
CC
chứ không xả xuống 0V. Những chu kỳ sau,
tụ sẽ nạp từ 1/3V
CC
lên 2/3V
CC
chứ không nạp từ 0V nữa.
Thời gian tụ nạp là thời gian V0 ≈ +V
CC
, Led sáng. Thời gian xả là thời
gian V
0
≈ 0V, Led tắt.
Thời gian nạp và xả tụ được tính theo công thức:
+ Thời gian nạp: t
nạp
= 0,69.t
xả
+ Thời gian xả: t
xả
= 0,69.t

xả
Điện áp ở ngõ ra chân 3 có dạng hình vuông với chu kỳ là:
T = t
nạp
+ t
xả
Do thời gian nạp và thời gian xả không bằng nhau (t
nạp
> t
xả
) nên tín hiệu
hình vuông ra không đối xứng. Tần số của tín hiệu hình vuông là:
C).R2R(.609,0
1
T
1
f
BA
+
==
23
t
nạp
= 0,69 (R
A
+ R
B
) C
t
xả

= 0,69 . R
B
.C
T = 0,69 (R
A
+ 2R
B
) C
2) Dạng sóng ra tại các chân
Hình3.3 là dạng điện áp các chân 2-6, chân 7 và chân 3, trong đó, khoảng
thời gian điện áp tăng là thời gian tụ nạp, khoang thời gian điện áp giảm là thời
gian tụ xả.
Khi khảo sát dạng điện áp tại các chân cần lưu ý: khi mới mở điện thì tụ C
sẽ nạp điện từ 0V lên đến 2/3V
CC
, nhưng khi xả chỉ xả đến 1/3V
CC
. Do đó, những
lần nạp sau tụ chỉ nạp từ 1/3V
CC
đến 2/3V
CC
. Để tính chu kỳ của một tín hiệu,
người ta chỉ tính các lần nạp sau chứ không xét lần nạp đầu tiên.
2/3V
CC
1/3V
CC
V
D

(7)
t
t
V
D
(3)
t
Hình 3.3: Dạng điện áp tại các chân
24
Khi tụ nạp thì chân 7 có điện áp cao hơn chân 2-6, nhưng khi tụ xả thì
chân 7 giảm nhanh xuống 0V do T
2
trong I
C
chạy bão hoà, chứ không giảm theo
hàm số mũ trên tụ C.
3) Mạch phi ổn đối xứng
Trong mạch phi ổn cơ bản, do thời gian nạp và thời gian xả của tụ không
bằng nhau nên dạng điện áp ở ngõ ra không đối xứng
Ta có: t
nạp
= 0,69 (R
A
+ R
B
)C
t
xả
= 0,69 R
B

.C
Để cho dạng sóng vuông ở ngõ ra đối xứng, người ta có thể thực hiện
bằng nhiều cách.
Cách thứ 1: Chọn điện trở R
A
có trị số rất nhỏ so với R
B
thì lúc đó sai số
giữa tnạp và t
xả
coi như không đáng kể. Điều này khó thực hiện nếu làm việc ở
tần số cao. Điện trở R
A
có trị số tối thiểu khoảng vài kΩ thì R
B
phải có trị số rất
lớn khoảng vài trăm kΩ. Với các trị số điện trở nầy thì tần số dao động không
thể cao được.
Cách thứ 2: Dùng điốt D ghép song song – R
B
theo chiều hướng xuống
như hình vẽ 7.5a. Khi có D, thời gian tụ C nạp làm điốt D được phân cực thuận
có điện trở rất nhỏ nên coi như nối tắt R
B
Thời gian nạp điện của tụ được tính theo công thức:
t
nạp
= 0,69R
A
.C

Khi tụ C xả điện thì điốt được phân cực ngược nên tụ vẫn xả điện qua R
B
.
Thời gian xả điện của tụ được tính theo công thức:
t
xả
= 0,69 . R
B
. C
Nếu chọn trị số R
A
bằng R
B
thì mạch sẽ tạo ra tín hiệu hình vuông đối
xứng.
25