MẠCH CHUÔNG CỬA THEO TẦN SỐ ÂM THANH VÀ MẠCH BÁO TRỘM SỬ DỤNG OP-AMP

MỤC LỤC
Trang
CHƯƠNG I: MẠCH CHUÔNG CỬA THEO TẦN SỐ ÂM THANH VÀ MẠCH
BÁO TRỘM SỬ DỤNG OP-AMP...................................................................................2
1. Mạch Chuông Cửa Theo Tần Số Âm Thanh........................................................2
2. Mạch Báo Trộm Sử Dụng Op-Amp.......................................................................3
CHƯƠNG II: MẠCH TẠO XUNG TAM GIÁC SỬ DỤNG VI MẠCH ĐỊNH THỜI
555 VÀ OP – AMP............................................................................................................4
1. Mạch Tạo Xung Tam Giác Sử Dụng Vi Mạch Định Thời 555...............................4
1.1. Sơ đồ chân của IC 555.......................................................................................4
1.2. Sơ đồ cấu trúc của IC555...................................................................................5
1.3. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Từng Chân IC Có Như Sau:.............................6
1.4. Mạch Tạo Xung Tam Giác.................................................................................7
2. Mạch Tạo Xung Tam Giác Sử Dụng Vi Mạch Định Thời OP – AMP....................8
2.1. Sơ đồ 1 (cấp nguồn ±Ecc cho vi mạch)...............................................................8
2.2. Sơ đồ 2 có như sau:..........................................................................................10
2.3. Mạch Tạo Xung Vng Và Tam Giác.............................................................12
CHƯƠNG III: KẾT LUẬN............................................................................................13

1


CHƯƠNG I: MẠCH CHUÔNG CỬA THEO TẦN SỐ ÂM THANH VÀ
MẠCH BÁO TRỘM SỬ DỤNG OP-AMP
1. Mạch Chuông Cửa Theo Tần Số Âm Thanh.

Hình 1: Sơ Đồ Mạch Chng

-

Mạch điện như hình trên là mạch dao động tích thốt ở 3 tần số 200Hz, 400Hz,

900Hz, được lần lượt nối với 3 nút nhấn BT1, BT2, BT3.
Mạch phát ra âm thanh khi ấn một trong 3 nút đó và tần số âm thanh phát ra là
hoàn toàn khác nhau, muốn thêm giảm tần số thì phải thay đổi giá trị điện trở.
Trở kháng của loa nhỏ nhất khoảng 25.
Mạch zobel C3, R4 dùng để làm tăng độ ổn định của mạch và dài tần phát ra dịng
đều ổn định khơng bị nhiễu tần số.
Công suất phát ra đạt khoảng vài trăm Mw.
Nhờ có 3 tần số cách nhau một bật chế độ nên âm thanh được phân biết khá rõ
ràng, nên có thể xác định được vị trí chng của nhà nào reo lên.
Mạch chng thì sử dụng ic OP-AMP 741 để điều khiển.
Sử dụng 2 BJT NPN và PNP để thay đổi dịng điện.
Mạch chng có bảng tần số tính từng điện trở như sau.
Tần số càng tăng thì điện trở càng giảm.

Bảng 1: Bảng Tần Số Theo Điện Trở

NỐT

TẦN SỐ HZ
2

ĐIỆN TRỞ


A3
A*3
B3
C3
C*3
D3

D*3
E3
F3
F*3

220
233.082
246.942
261.626
277.183
293.665
311.127
329.628
349.994
369.994

20109
18.787
17.985
16.923
15.977
15.086
14.246
13.452
12.702
11.994

2. Mạch Báo Trộm Sử Dụng Op-Amp.

Hình 2: Sơ Đồ Nguyên Lý Mạch Báo Trộm

-

-

Mạch báo động sử dụng op amp như hình 2 trên để làm mạch chống trộm có kết
hợp với chng.
Mạch này phát loa báo động liên tục khi các khóa S nhấn vào thì sẽ phát hiện có kẻ
trộm xâm nhập vào, khi nào nó nhấn vào thì nó sẽ reo chng lên và muốn chng
hết reo thì phải nhấn rst để tắt chng.
Mạch dao động và tầng công suất loa được khống chế bởi BJT Q1 mà tải của nó là
lấy cuộn cảm ở relay.
Relay có 1 điểm tiếp cuộn cảm dùng để nối mạch dao động đến nguồn.
Vcc đồng thời cấp nguồn dòng cho relay khi các khóa S1, S2, S3 đều hở ra.
Dịng phân cực bazo Q1, lấy từ mạch phân áp R1, R2 qua các khóa S1, S2, S3 nối
song song lại với nhau.
Bình thường mạch này ở trạng thái là chở khi các khóa S1, S2, S3 đều hở và BJT
Q1 khơng dẫn, thì mạch khơng dao động nên dịng chạy qua rất nhỏ.

3


-

-

-

-

Nếu có kẻ trộm xâm nhập vào là một hay vài khóa S đóng làm cho Q1 dẫn thì
relay cuộn cảm sẽ hút các chân relay có thanh, và thanh relay sẽ đóng lúc đó mạch
dao động được cấp điện và loa phát âm thanh sẽ báo động.
Nhờ thanh của relay nên mặc dù các khóa S1, S2, S3 đều hở thì kẻ gian đã vượt
qua và đang đột nhập vào nhà, mà cuộn cảm của relay vẫn còn được cấp điện nên
vẫn tiếp tục hút chặt thanh tiếp xúc với relay.
Duy trì nguồn cấp cho điện nên vẫn tiếp tục hút chặt thanh relay tiếp xúc, duy trì
nguồn cấp cho mạch báo động liên tục, chỉ khi ấn nút rst, relay mới ngắt điện lúc
đó mạch báo động mới ngưng làm việc mạch sẽ bị ngắt không hoạt động.
Ứng dụng nên gắn vào các cánh cửa khi kẻ trộm mở cửa thì nút nhấn S1, S2, S3 sẽ
nhấn vào, muốn thêm nhiều cơng tắc thì nối thêm cơng tắc song song như vậy.

Hình 3: Một Số Hình Ảnh Minh Họa Mạch Chống Trộm Bằng Cảm Biên Hồng Ngoại Sử Dụng Op Amp

CHƯƠNG II: MẠCH TẠO XUNG TAM GIÁC SỬ DỤNG VI MẠCH ĐỊNH THỜI
555 VÀ OP – AMP
1. Mạch Tạo Xung Tam Giác Sử Dụng Vi Mạch Định Thời 555
1.1. Sơ đồ chân của IC 555.
-

Ic 555 gồm có 8 chân và cấu trúc của mỗi chân thì có như sau.

4


GND

1

Trigger

2

Output

3

Reset

4

555

8

+Vcc

7

Discharge

6

Threshold
Control
Voltage

5

Hình 4: Sơ Đồ Chân Ic555

1.2. Sơ đồ cấu trúc của IC555.

Hình 5: Sơ Đồ Cấu Trúc Của IC555

Chân 1: GND nối đất
Chân 2: Trigger Input (lối vào thay đổi trạng tái xung lối ra)
Chân 3: Output Lối ra
Chân 4: Reset (phục hồi lại trang thái hoạt động IC555)
Chân 5: Control Voltage (điều khiển điện áp)
Chân 6: Threshold (thềm ngưỡng lật trạng thái lối ra out)
Chân 7: Dirchage (điều khiển phóng nạp điện tụ
Chân 8: Vcc nguồn cung cấp (nguồn dương)
5


1.3. Nguyên Tắc Hoạt Động Của Từng Chân IC Có Như Sau:
- Về cơ bản, 555 gồm 2 mạch so sánh điều khiển trạng thái của FF, từ đó điều khiển
-

transistor cho phép tụ xả điện (Discharge)
Cấu trúc phân áp IC 555 gồm 3 điện trở có giá trị 5KΩ được mắc nối tiếp với nhau
lên nguồn cung cấp và xuống đất, đầu ra lầy trên các điện trở tương ứng với nhau

-

có giá trị điện áp chuẩn là 1/3Vcc và 2/3Vcc
2 bộ khuếch đại thuật tốn có chức năng so sánh với lối vào dương và âm được nối
với điện áp chuận tương ứng là 1/3Vcc và 2/3Vcc, lối vào còn lại được lấy từ lối
vào chân (2) và chân (6). Lối vào chân (2) được đưa tới lối vào âm của bộ so sánh

1, còn lối vào dương của bộ so sánh 1 được nối với điện áp chuẩn 1/3Vcc. Lối vào
chân (6) được đưa tới lối vào dương của bộ so sánh 2, còn lối vào âm của bộ so
sánh 2 được nối với điện áp chuẩn 2/3Vcc.

 Chú ý: khi thực hiện mạch dao động dùng IC555 không bao giờ thực hiện
cùng lúc điện áp lối vào chân (2) < 1/3Vcc và điện áp lối vào chân (6)
>2/3Vcc.
-

Chân 2: TRIGGER (kích khởi), điểm nhạy mức với 1/3VCC . Khi điện áp ở chân
này dưới 1/3 Vcc thì ngõ ra Q của FF xuống [0], tạo ra chân 3 tạo một trạng thái
cao. Khi điện áp lối vào chân (2) có giá trị nhỏ hơn 1/3Vcc tương ứng lối ra bộ so
sánh thứ 1 ở mức cao tác dụng tới lối vào set của triggơ RS khi đó lối ra Out ở
mức cao. Khi điện áp lối vào chân (2) lớn lơn 1/3Vcc khi đó lối ra bộ so sánh 1 ở
mức thấp tương ứng với chân S của triggơ RS ở mức thấp và phụ thuộc lối vào R
của triggơ RS mà lối ra Out ta được ở trạng thái nhớ (lối ra ở mức cao) hoặc trạng

-

thái xóa (lối ra ở mức thấp).
Chân 6: Threshold (ngưỡng) điểm nhạy mức với 2/3Vcc . Khi điện áp ở chân này
> 2/3Vcc . FF Reset làm cho chân 3 ở trạng thái thấp. Khi điện áp lối vào chân (6)
có giá trị nhỏ hơn 1/3Vcc tương ứng lối ra bộ so sánh thứ 2 ở mức thấp tác dụng
tới lối vào clear của triggơ RS khi đó lối ra Out phụ thuộc lối vào S của triggơ RS

-

mà lối ra
Out ta được ở trạng thái nhớ (lối ra ở mức thấp) hoặc trạng thái set (lối ra ở mức
cao).

Khi điện áp lối vào chân (6) lớn lơn 1/3Vcc khi đó lối ra bộ so sánh 2 ở mức cao
tương ứng với chân R của triggơ RS ở mức cao do đó lối ra Out ở mức thấp.
6


-

Mạch FF – RS là loại mạch lưỡng ổn kích một bên. Khi chân S ở mức cao thì điện
áp này kích cho lối ra Q lên mức cao và lối ra Q xuống mức thấp. Khi châp S ở
mức cao xuống mức thấp thì FF – RS khơng đổi trạng thái tương ứng chân R đang
ở mức thấp. Khi chân R (clear) ở mức cao thi điện áp này kích cho FF – RS đổi
trạng thái mức cao sang trạng thái mức thấp khi đó lối ra Q xuống mức thấpvà lối
ra Q lên mức cao. Khi chân R xuống mức thấp tương ứng S ở mức thấp khi đó

-

FF – RS ở trạng thái nhớ và giữ nguyên trạng thái của mạch.
Chân 3: OUTPUT (ra) thường ở mức thấp và chuyển thành mức cao trong khoảng
thời gian định thì. Vì tầng ra tích cực ở cả 2 chiều, nó có thể cấp hoặc hút dịng

-

đến 200mA
Chân 4: RESET khi điện áp ở chân này nhỏ hơn 0,4V: chu kỳ định thì bị ngắt, đưa
555 về trạng thái khơng có kích. Đây là chức năng ưu tiên để 555 khơng thể bị
kích trừ khi RESET được giải phóng (>1,0V). Khi không sử dụng nối chân 4 lên

-

Vcc.

Chân 5: Control Voltage (điện áp điều khiển), bên trong là điểm 2/3Vcc. Một điện
trở nối đất hoặc điện áp ngồi có thể được nối vào chân 5 để thay đổi các điểm
tham khảo (chuẩn) của comparator. Khi không sử dụng cho mục đích này, nên gắn
1 tụ nối đất = 0.01µF cho tất cả các ứng dụng nhằm để lọc các xung đỉnh nhiễu

-

nguồn cấp điện.
Chân 7: Discharge (Xả) cực thu của transistor, thường được dùng để xả tụ định thì.
Vì dịng collector bị giới hạn, nó có thể dùng với các tụ rất lớn (>1000µF) khơng
bị hư.

-

Chân 8: VCC điện áp cấp nguồn có thể từ 4,5 đến 16V so với chân đất. Việc định
thì tương đối độc lập với điện áp này. Sai số định thì do thay đổi nguồn điện tiêu
biểu < 0.05% /V.

1.4. Mạch Tạo Xung Tam Giác.
- Với mạch điện như hình 6 dưới thì mạch dao động ở tần số 100kHz, tần số được
điều chỉnh bằng RV1.
- Mức ra Vo = -2V. Nhờ mạch tích phân R10, C5 nên xung vuông ở chân số 3 sẽ trở
thành xung tam giác ở ngõ ra trên C5.
- Vì thời gian R10 C5 có giá trị xác định, nên khi chỉnh R1 để thay đổi tần số thì
khoảng cách các xung âm ở ngõ ra thay đổi.
7


-

Khi tần số dao động tăng thì các xung tam giác sẽ gần lại với nhau, tần số giảm thì
các xung tam giác sẽ cách biệt nhau.

Hình 6: Mạch Tạo Xung Tam Giác

2. Mạch Tạo Xung Tam Giác Sử Dụng Vi Mạch Định Thời OP – AMP.
2.1. Sơ đồ 1 (cấp nguồn ±Ecc cho vi mạch).

Hình 7: Sơ Đồ 1

8


-

Xây dựng trên cơ sở khếch đại lối vào đảo trong đó thành phần hồi tiếp là tụ C.
Điện áp lối ra được cho bởi U phương trình sau:
t
�
Qc (t ) 1 �
U ra (t ) 
 �
i
(
t
)
dt

Q
c

0�
�
C
C�
0
�

-

(1)

Với Q0 là điện tích trên tụ tại thời điểm t = 0.
Với

ic (t )  

U vao (t )
R do đó ta có điện áp lối ra U ra là:
1
1
U ra (t )  
U vao (t )dt  U ra 0
RC �
0

(2)

Hình 8: Giản Đồ Thị Xung

-

Thành phần U ra 0 xác định từ điều kiện ban đầu của tích phân:

U ra 0  U ra (t  0) 
-

Q0
C

(3)

Nếu lối vào U vao là một xug vng có giá trị điện áp khơng đổi trong khi khoảng

0 �t thì U ra (t ) là biến thiên điện áp dạng thường thẳng.

-

Độ chính xác của phương trình trên phụ thuộc vào giả thiết U0 ≈ 0 hay dòng điện
đầu vào IC gần bằng 0.

-

Với các vi mạch chất lượng cao đảm bảo điều kiện dòng lối vào IC khá tốt:

Ivào IC = 0
9


2.2. Sơ đồ 2 có như sau:
- Khi có xung điều khiển cực tính dương lối vào làm transistor T mở bảo hịa, khi

đólàm tụ phóng điện qua RCE của transistor xuống đất trong khoảng thời gian t0 (t0
< tng) với tng = tx vào do khi đó transistor T thơng bão hịa.

Hình 9: Sơ Đồ Mạch Số 2

-

Trong khoảng thời gian tq (tức tng vào) khơng có xung điều khiển dương lối vào khi
đó transistor T ở trạng thái cấm IC khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ tuyến
tính nếu U0 = 0V thì

-

Xác định quy luật biến đổi hàm UC(t), từ đó đưa ra điều kiện để lối ra biến đổi
tuyến tính.

-

Phương trình dịng điện tại điểm N với mạch hồi tiếp âm là:

-

Phương trình dịng điện tại điểm P với mạch hồi tiếp dương là:

 Từ phương trình (6), (7) ta có UC(t) là:
10


-

Khi đó tính chất biến đổi Uc phụ thuộc vào hệ số

�1
R2 �
� 
�
�R3 R1 R4 �

R1 R4
R2 đường Uc(t) có dạng cong lồi.
- Nếu
RR
R3  1 4
R2 đường Uc(t) có dạng đường cong lõm.
- Nếu
R2 R4

R
- Khi 1 R3 khi đó Uc(t) phụ thuộc bậc nhất vào t.
R3 

Uc(t ) 
-

1 �E
R2 �
t
�  E0
�
C �R3

R1R4 �

Khi đó ta có
Nếu chọn R1 = R3, R2 = R4 khi đó ta có:

Hình 10: Giản Đồ Xung

Từ biểu thức (10) ta có
- Nếu E > E0 ta có điện áp lối ra tăng theo đường thẳng
11

(9)


- Nếu E < E0 ta có điện áp lối ra giảm theo đường thẳng
- Nếu chọn E0 = 0 ta nhận được xung tam giác có cực tính dương. Nếu chọn E 0 là một
nguồn điều chỉnh được thì Ura có dạng hai cực tính với biên độ gần bằng 2Ecc.
- Thực tế thường chọn E = Ecc và E0 lấy từ Ecc qua mạch phân áp.
- Biên độ cực đại trên tụ được xác định bởi

Uc max 

1
(E  E 0 ) tq
CR3

2.3. Mạch Tạo Xung Vuông Và Tam Giác.

Hình 11: Mạch Tạo Xung Vng Và Tam Giác

- Người ta có thể tạo đồng thời một xung vng và một xung tam giác nhờ ghép
nối tiếp một bộ tích phân sau một trigơ smit.
- Bộ tích phân IC2 lấy tích phân điện áp ổn định trên lối ra 1 (U ra1) trên trigơ smit.
Khi Ura2 đạt ngưỡng lật của trigơ thì điện áp ra của nó đổi dấu đột biến do đó U ra2
đổi ngưỡng quét ngược lại. quá trình thực hiện tiếp diễn cho tới khi đạt ngưỡng lật
thứ 2 của trigơ smit và sơ đồ quay trở về trạng thái dao động tạo xung ban đầu.
- Tần số dao động của mạch phụ thuộc vào R và C.
- Giá trị ngưỡng điện áp lật trạng thái của trigơ smit được xác định bởi:

- Ura1 max là điện áp ra cực đại của IC1.
12


- Chu kỳ dao động của mạch là:

CHƯƠNG III: KẾT LUẬN
- Mạch chuông cửa theo tần số âm thanh và mạch báo trộm sử dụng op-amp là
những mạch áp dụng đưa vào thực tế rất tiện lợi và phục vụ cho người sử dụng rất
hiệu quả.
- Mạch tạo xung tam giác sử dụng vi mạch định thời 555 và op – amp để hiểu
nguyên lý hoạt động của từng linh kiện trên, và để đưa vào áp dụng thực tế với
những linh kiện đó.

13