- Trang Chủ
- Điện - Điện tử
- Giáo trình Kỹ thuật xung số (Nghề: Điện tử công nghiệp): Phần 1 - Trường CĐ Nghề Kỹ thuật Công nghệ
Xem mẫu
- TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được
phép dùng nguyên 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.
1
- LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, Các thiết bị điện tử đang và sẽ
tiếp tục được ứng dụng ngày càng rộng rãi và mang lại hiệu quả cao trong hầu hết
các lĩnh vực kinh tế kĩ thuật cũng như đời sống xã hội.
Việc gia công sử lý tín hiệu trong thiết bị điện tử hiện đại đều dựa trên các cơ
sở nguyên lý số vì các thiết bị làn việc dựa trên cơ sở nguyên lý số có những ưu
điểm hơn hẳn các thiết bị điện tử làm việc theo nguyên lý tương tự, đặc biệt là
trong lĩnh vực tính toán. Bởi vậy hiểu biết sâu sắc về Kỹ thuật xung - số là không
thể thiếu được đối với các công nhân, cán bộ kỹ thuật điện tử hiện nay. Nhu cầu
hiểu biết về kỹ thuật xung - số không chi phải riêng đối với các công nhân, cán bộ
kỹ thuật điện tử mà còn đối với nhiều cán bộ kỹ thuật các ngành khác có sử dụng
các thiết bị điện tử. Để đáp ứng nhu cầu này các giáo viên giảng dạy Khoa Điện Tử
- Điện Lạnh Trường Cao Đẳng Nghề Kỹ Thuật Công Nghệ dã biên soạn giáo trình
này nhằm mục đích hỗ trợ cho việc dạy và học môn kỹ thuật xung - số trong nhà
trường đồng thời giúp cho cán bộ kỹ thuật, công nhân kỹ thuật điện tử công nghiệp
có điều kiện củng cố và nâng cao kiến thức ngành nghề.
Mục đích yêu cầu đặt ra cho đối tượng sử dụng giáo trình:
- Nêu các khái niệm về tín hiệu xung.
- Trình bày tác dụng của R-L-C đối với các xung cơ bản.
- Phân tích nguyên lý, vẽ dạng tín hiệu đầu ra của các mạch dao động đa hài.
- Nhận dạng các mạch ghim áp và phân tích đựơc nguyên lý hoạt động của
các mạch ghim áp.
- Chuyển đổi các hệ thống số đếm và mã.
- Ứng dụng các cổng logic trong các mạch điện tử.
- Sư dụng các tính chất,các định định lý, các phương pháp tối thiểu hoá hàm
logic để đưa ra được sơ đồ logic( hay sơ đồ mạh điện).
- Ứng dụng cá Flip –Flop để tạo ra đựơc các mạch đếm và mạch ghi dịch
theo yêu cầu.
2
- - Sử dụng các IC đếm để thiết kế ra bộ đếm mođun bất kỳ.
- Ứng dụng được các thanh ghi, ROM và Ram để truyền tải thông tin.
- Sử dụng các bộ chuyên đổi để chuyển đổi từ tương tự sang số và ngược lại.
Cấu trúc của cuốn giáo trình:
Bài 1. Khảo sát, xử lý dạng xung
Bài 2. Khảo sát mạch dao động tạo xung
Bài 3. Khảo sát các cổng logic cơ bản( Đại cương)
Bài 4. Khảo sát mạch Flip-Flop và thanh ghi dịch
Bài 5. Khảo sát mạch đếm
Bài 6. Khảo sát mạch logic dãy
Bài 7. Khảo sát mạch biến đổi ADC-DAC
Bài 8. Bộ nhớ
Hướng dẫn sử dụng giáo trình: Đối với giáo trình này là giáo trình lý thuyết vì
vậy khi sử dụng giáo trình các độc giả cần phải đựơc học qua các môn điện tử cơ
bản như: Linh kiện điện tử, Đo lường điện tử, Điện tử cơ bản để có thể hiểu đựơc
các kiến thức trong giáo trình. Sau mỗi phần hoặc mỗi chương cần làm thêm các
bài tập trong giáo trình và có thể tự mình đưa ra yêu cầu riêng. Đặc biệt là phải vận
dụng đựơc kiến thức vào thực hành.
Mặc dù đã có cố gắng trong quá trình biên soạn nhưng chắc chắn cuốn giáo
trình này vẫn còn thiếu sót. Tác giả rất mong sự góp ý của các bạn đọc. Thư góp ý
xin gửi về: Khoa Điện Tử - Điện Lạnh Trường Cao Đẳng nghề kỹ thuật công nghệ.
Chúng tôi xin cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
BAN CHỦ NHIỆM BIÊN SOẠN GIÁO TRÌNH
NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
3
- MỤC LỤC
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN ..................................................................................... 1
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 2
BÀI 1: KHẢO SÁT XỬ LÝ CÁC DẠNG XUNG .................................................. 7
1. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................................... 7
1.1. Định nghĩa:.................................................................................................................... 8
1.2. Các thông số của xung điện và dãy xung...................................................................... 8
2. TÁC DỤNG CỦA R, C, L ĐỐI VỚI XUNG CƠ BẢN. ............................................... 12
2.1 Tác dụng của R, C đối với các xung cơ bản. ............................................................... 12
2.2. Tác dụng của mạch R-L đối với các xung cơ bản ...................................................... 13
2.3. Tác dụng của mạch R-L-C đối với các xung cơ bản. ................................................. 13
BÀI TẬP…….. ..................................................................................................... 15
BÀI 2: KHẢO SÁT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG ....................................... 17
1.Khái niệm .......................................................................................................... 18
2. Mạch dùng Transistor ..................................................................................... 18
2.1. Mạch tạo dãy xung .................................................................................................... 18
2.1.1 Mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzisto ....................................................... 18
2.1.2. Mạch dao động đa hài dùng không ổn dùng IC 555 ................................................ 21
2.2 Mạch tạo xung đơn .................................................................................................... 24
2.2.1. Mạch đa hài đơn ổn dùng tranzistor: ....................................................................... 24
2.2.2. Mạch đa hài đơn ổn dùng IC NE555: ...................................................................... 28
BÀI TẬP……… ................................................................................................... 32
BÀI 3: KHẢO SÁT CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN ............................................ 36
1. Tổng quan về mạch số và tương tự ................................................................. 36
1.1. Định nghĩa:.................................................................................................................. 36
1.2 Hệ thống số và mã số ..................................................................................... 37
1.2.1. Hệ thống số thập phân: ............................................................................................ 37
1. 2.2. Hệ thống số nhị nhân: ............................................................................................. 37
1.2.3. Hệ thống số bát phân: .............................................................................................. 38
1.2.4 Hệ thống số thập lục phân: ....................................................................................... 38
1.2.5. Mã BCD: .................................................................................................................. 38
1.2.6. Mã Gray: .................................................................................................................. 39
1.2.7. Chuyển đổi giữa các hệ thống số đếm: ...................................................... 39
1.3.Đại số Boole và định lý Demorgan ........................................................................... 42
2.Tối thiểu hóa hàm logic .................................................................................... 45
2.1. Tối thiểu hóa hàm logic bằng phương pháp đại số ................................................ 45
3.CÁC CỔNG LOGIC CƠ BẢN: ........................................................................ 55
3.1. Cổng AND .................................................................................................................. 55
3.2. Cổng OR: .................................................................................................................... 56
3.3. Cổng NOT:.................................................................................................................. 57
3.4. Cổng NAND: .............................................................................................................. 58
3.5. Cổng NOR: ................................................................................................................. 59
3.6.Cổng EX-OR:............................................................................................................... 60
3.7. Cổng EX – NOR: ........................................................................................................ 61
4
- 3.8. Cổng BUFFER ............................................................................................................ 62
4. BIỂU THỨC LOGIC VÀ MẠCH ĐIỆN: ........................................................ 62
4.1 Xây dựng mạch điện theo biểu thức cho trước: ........................................................... 62
4.2. Xây dựng biểu thức từ sơ đồ cho trước: ..................................................................... 63
5. GIỚI THIỆU IC: ............................................................................................. 63
BÀI TẬP………. .................................................................................................. 66
BÀI 4: KHẢO SÁT MẠCH FLIP- FLOP VÀ THANH GHI .............................. 68
1. Khái niệm ......................................................................................................... 68
2. FLIP - FLOP S –R: .......................................................................................... 69
2.1. FF sử dụng cổng NAND ............................................................................................. 69
2.2. FF S- R dùng cổng NOR: ........................................................................................... 70
2.2.. FF S-R TÁC ĐỘNG THEO XUNG NHỊP: .................................................. 71
2. FF R-S tác động theo xung lệnh ................................................................................. 71
3.Flip - Flop JK ................................................................................................................ 74
3.2. Flip - Flop JK Master Slave: ....................................................................................... 75
4.FLIP –FLOP T,D ............................................................................................. 77
4.2. FLIP - FLOP D: ............................................................................................ 78
BÀI TẬP…….. ..................................................................................................... 79
5. Thanh ghi ..................................................................................................................... 81
5.1.Thanh ghi vào nối tiếp ra song song dịch phải, hình 3.18 ..................................... 81
5.2. Thanh ghi vào nối tiếp ra song song dịch trái ........................................................ 81
5.3. Thanh ghi vào song song ra song song ................................................................... 82
6. Giới thiệu một số IC đếm và thanh ghi thông dụng ............................................. 83
BÀI 5: KHẢO SÁT MẠCH ĐẾM........................................................................ 87
1. Khái niệm ...................................................................................................................... 87
2. Mạch đếm tiến .............................................................................................................. 88
2.1. Mạch đếm tiến không đồng bộ: .................................................................................. 88
2.2. Mạch đếm tiến đồng bộ ............................................................................................ 90
3. Mạch đếm lùi ................................................................................................................ 92
3.1. Mạch đếm lùi không đồng bộ: .................................................................................... 92
3.2. Mạch đếm lùi đồng bộ ................................................................................................ 94
3.3. GIỚI THIỆU IC: ......................................................................................................... 96
BÀI TẬP: ........................................................................................................................... 98
BÀI 6: KHẢO SÁT MẠCH LOGIC DÃY(MSI) ............................................... 100
1. Mạch mã hoá: ................................................................................................ 100
1.1. Sơ đồ khối tổng quát ................................................................................................. 100
1.2. Mạch mã hóa ưu tiên................................................................................................. 101
2. MẠCH GIẢI MÃ: .......................................................................................... 102
2.1. Sơ đồ tổng quát ....................................................................................................... 102
2.2. Mạch giải 2 sang 4: .................................................................................................. 103
2.3. Giải mã 3 sang 8 ....................................................................................................... 106
2.4. Giải mã BCD sang thập phân: .................................................................................. 108
2.5. Mạch giải mã BCD sang led 7 đoạn ......................................................................... 109
3. MẠCH GHÉP KÊNH: ................................................................................................. 112
3.1. Tổng quát: ................................................................................................................. 112
5
- 3.2. Mạch ghép 2 kênh sang 1 (mux 2 : 1)....................................................................... 112
3.3. Mạch ghép 4 kênh sang 1(mux 4 : 1)....................................................................... 113
4. MẠCH TÁCH KÊNH: ................................................................................... 115
4.1. Tổng quát: ................................................................................................................. 115
4.2. Mạch tách kênh 1 sang 2: ......................................................................................... 115
4.3. Mạch tách kênh 1 sang 8 (Dmux 1 : 8) ..................................................................... 116
BÀI TẬP CHƯƠNG 4: ...................................................................................... 118
BÀI 7: KHẢO SÁT BỘ BIẾN ĐỔI ADC-DAC ................................................. 120
1. Mạch chuyển đổi tương tự - số (ADC) ........................................................................ 120
1.1. Khái niệm và các thông số kỹ thuật ...................................................................... 120
1.2. IC chuyển đổi ADC ................................................................................................ 122
2. Mạch chuyển đổi số - tương tự (DAC) ........................................................................ 125
2.1. Khái niệm và các thông số ..................................................................................... 125
2.2. IC chuyển đổi DAC ................................................................................................ 126
BÀI TẬP .......................................................................................................................... 133
BÀI 8: BỘ NHỚ ................................................................................................. 134
1. ROM (Read Only Memory) ........................................................................... 137
1.1. Cấu trúc ROM ......................................................................................................... 137
2. RAM:………. ................................................................................................. 143
2.1. RAM tĩnh (Static RAM, SRAM) .............................................................................. 143
2.2. RAM động (Dynamic RAM, DRAM) ..................................................................... 145
3. MỞ RỘNG BỘ NHỚ ..................................................................................... 148
3.1. Mở rộng độ dài từ ..................................................................................................... 148
3.2. Mở rộng vị trí nhớ ..................................................................................................... 149
3.3. Mở rộng dung lượng nhớ. ......................................................................................... 149
4. Giới thiệu IC ............................................................................................................... 150
BÀI TẬP………. ................................................................................................ 158
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 160
6
- BÀI 1: KHẢO SÁT XỬ LÝ CÁC DẠNG XUNG
Giới thiệu
Các tín hiệu điện có biên độ thay đổi theo thời gian được chia ra làm hai loại
cơ bản là tín hiệu liên tục và tín hiệu gián đoạn. Tín hiệu liên tục còn được gọi là tín
hiệu tuyến tính hay tương tự, tín hiệu gián đoạn còn gọi là tín hiệu xung số.
Tín hiệu sóng sin được xem như là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục,
ta có thể tính được biên độ của nó ở từng thời điểm. Ngược lại tín hiệu sóng vuông
được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu gián đoạn và biên độ của nó chỉ có
hai giá trị là mức cao và mức thấp, thời gian để chuyển từ mức biên độ thấp lên cao
và ngược lại rất ngắn và được xem như tức thời.
Một chế độ mà các thiết bị điện tử thường làm việc hiện nay đó là chế độ xung.
Mục tiêu:
- Trình bày được các khái niệm về xung điện, dãy xung
- Giải thích được sự tác động của các linh kiện thụ động đến dạng xung
- Rèn luyện tính tư duy, tác phong công nghiệp
Nội dung
1. Các khái niệm cơ bản
Tín hiệu là sự biến đổi của các đại lượng điện (dòng điện hay điện áp) theo thời gian,
chứa đựng một thông tin nào đó.
Tín hiệu được chia làm 2 loại: tín hiệu liên tục (tín hiệu tuyến tính) và tín hiệu gián
đoạn (tín hiệu xung). Trong đó tín hiệu hình sin được xem là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín
hiệu liên tục ,có đường biểu diễn như hình 1-1. Ngược lại tín hiệu hình vuông được xem
là tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu không liên tục như hình 1-2
Hình 1.1: Tín hiệu hình sin Hình 1.2: Tín hiệu hình vuông
7
- 1.1. Định nghĩa:
Xung điện là tín hiệu điện có giá trị biến đổi gián đoạn trong một khoảng thời gian
rất ngắn có thể so sánh với quá trình quá độ của mạch điện.
Xung điện trong kỹ thuật được chia làm 2 loại: loại xung xuất hiện ngẫu nhiên trong
mạch điện, ngoài mong muốn, được gọi là xung nhiễu, xung nhiễu thường có hình dạng
bất kỳ (Hình 1.3).
(u,t (u,t (u,t
) ) )
t t t
Hình 1.3: Các dạng xung nhiễu
Các dạng xung tạo ra từ các mạch điện được thiết kế thường có một số dạng cơ bản:
(u,t (u,t (u, (u,t
) ) t) )
t t t t
Hình 1.4: Các dạng xung cơ bản của các mạch điện được thiết kế
1.2. Các thông số của xung điện và dãy xung
a. Các tham số của xung điện:
Dạng xung vuông lý tưởng được trình bày trên
U,
off
I
t
on
Hình 1.5: Các thông số cơ bản của xung
8
- + Độ rộng xung: là thời gian xuất hiện của xung trên mạch điện, thời gian này
thường được gọi là thời gian mở ton. Thời gian không có sự xuất hiện của xung gọi là thời
gian nghỉ t off.
+ Chu kỳ xung: là khỏang thời gian giữa 2 lần xuất hiện của 2 xung liên tiếp, được
tính theo công thức:
T= t on + t off (1.1)
Tần số xung được tính theo công thức:
1
f= (1.2)
T
+ Độ rỗng và hệ số đầy của xung:
- Độ rỗng của xung là tỷ số giữa chu kỳ và độ rộng xung, được tính theo công thức:
T
Q= (1.3)
Ton
- Hệ số đầy của xung là nghịch đảo của độ rỗng, được tính theo công thức:
Ton
n= (1.4)
T
Trong thực tế, người ta ít quan tâm đến tham số này, người ta chỉ quan tâm trong khi
thiết kế các bộ nguồn kiểu xung, để đảm bảo điện áp một chiều được tạo ra sau mạch
chỉnh lưu, mạch lọc và mạch điều chỉnh sao cho mạch điện cấp đủ dòng, đủ công suất,
cung cấp cho tải.
+ Độ rộng sườn trước, độ rộng sườn sau:
Trong thực tế, các xung vuông, xung chữ nhật không có cấu trúc một cách lí tưởng.
Khi các đại lượng điện tăng hay giảm để tạo một xung, thường có thời gian tăng trưởng
(thời gian quá độ)nhất là các mạch có tổng trở vào ra nhỏ hoặc có thành phần điện kháng
nên 2 sườn trước và sau không thẳng đứng một cách lí tưởng.
Do đó thời gian xung được tính theo công thức:
ton = tt + tđ + ts (1.5)
Trong đó:
ton: Độ rộng xung
tt : Độ rộng sườn trước
9
- tđ : Độ rộng đỉnh xung
ts : Độ rộng sườn sau
Sườn đỉnh
U,I trước xung Sườn
sau
t
Hình 1.6: Cách gọi tên các cạnh xung.
Độ rộng sườn trước t1 được tính từ thời điểm điện áp xung tăng lên từ 10% đến 90%
trị số biên độ xung và độ rộng sườn sau t2 được tính từ thời điểm điện áp xung giảm từ
90% đến 10% trị số biên độ xung. Trong khi xét trạng tháI ngưng dẫn hay bão hòa của
các mạch điện điều khiển
Ví dụ, xung nhịp điều khiển mạch logic có mức cao H tương ứng với điện áp +5V.
Sườn trước xung nhịp được tính từ khi xung nhịp tăng từ +0,5V lên đến +4,5V và sườn
sau xung nhịp được tính từ khi xung nhịp giảm từ mức điện áp +4,5V xuống đến +0,5V.
10% giá trị điện áp ở đáy và đỉnh xung được dùng cho việc chuyển chế độ phân cực của
mạch điện. Do đó đối với các mạch tạo xung nguồn cung cấp cho mạch đòi hỏi độ chính
xác và tính ổn định rất cao.
+ Biên độ xung và cực tính của xung:
Biên độ xung là giá trị lớn nhất của xung với mức thềm 0V (U, I)Max (Hình 1.7)
Hình dưới đây mô tả dạng xung khi tăng thời gian quét của máy hiện sóng. Lúc đó ta chỉ
thấy các vach nằm song song (Hình 1.7b) và không thấy được các vạch hình thành các
sườn trước và sườn sau xung nhịp. Khi giảm thời gian quét ta có thể thấy rõ dạng xung
với sườn trước và sườn sau xung (Hình 1.7c)
10
- Hình 1.7: Xung vuông trên màn hình máy hiện sóng
a) Xung vuông lý tưởng
b) xung vuông khi tăng thời gian quét c) xung vuông
khi giảm thời thời gian quét
c) Giá trị đỉnh của xung là giá trị được tính từ 2 đỉnh
xung liền kề nhau (Hình 1.7)
U,
I
t
Hình 1.8: Giá trị đỉnh xung
Cực tính của xung là giá trị của xung so với điện áp thềm phân cực của
xung.Hình1.9:
U, I U, I
t
t
xung dương xung âm
Hình 1.9: Các dạng xung dương và xung âm
11
- b. Chuỗi xung:
Trong thực tế xung điện là nền tảng của kỹ thuật điều khiển. Các thiết bị điều khiển
đầu tiên ra đời điều khiển các mạch điện có chức năng đơn giản thường chỉ cần điều khiển
bằng một xung. Trong một chuỗi xung, các xung có hình dạng giống nhau và biên độ
bằng nhau.
Nếu chuỗi xung được tạo ra liên tục trong quá trình làm việc thì gọi là chuỗi xung
liên tục.
Nếu chuỗi xung được tạo ra trong từng khỏang thời gian nhất định gọi là chuỗi xung
gián đọan. Đối với chuỗi xung gián đọan, ngoài các thông số cơ bản của xung còn có
thêm các thông số:
- Số lượng xung trong chuỗi,
- Độ rộng chuỗi xung,
- Tần số chuỗi xung.
U, I U, I
t t
a) b)
Hình 1.10: Chuỗi xung liên tục (a) và chuỗi xung gián đoạn (b)
2. TÁC DỤNG CỦA R, C, L ĐỐI VỚI XUNG CƠ BẢN.
2.1 Tác dụng của R, C đối với các xung cơ bản.
Có hai mạch lọc RC cơ bản là mạch lọc thấp đi qua và mạch lọc cao đi qua
Vi R Vo
C
Hình 1.10 a: Mạch tích phân
Hình 1.10 b: Đáp ứng tần số
Vi C Vo
R
Hình 1.11 a: Mạch lọc cao qua
12 Hình 1.11 b: Đáp ứng tần số
- Trong cả hai mạch lọc thấp qua và mạch lọc cao qua dùng RC tần số được tính theo
công thức:
1
fc
2RC
Ở tần số cắt điện áp ra Vo có biên độ là:
Vi
Vo
2
2.2. Tác dụng của mạch R-L đối với các xung cơ bản
Người ta có thể dùng điện trở R kết hợp với cuộn cảm L để tạo thành các mạch lọc
thay cho tụ C. Do tính chất của L và C ngược nhau đối với tần số nên mạch lọc thấp qua
và cao qua khi dùng RL có cách mắc ngược lại với mạch RC.
L R Vo
Vi Vo Vi
R L
Hình 1.12a: Mạch lọc thấp dùng RL Hình 1.12 b: Mạch lọc cao dùng RL
Hai mạch lọc thấp qua và mạch lọc cao qua dung RL cũng có đáp ứng tần số và có
dạng giống như trong mạch lọc RC
R
fc (1.8)
2L
2.3. Tác dụng của mạch R-L-C đối với các xung cơ bản.
Trong thực tế, mạch điện không dùng mạch mắc theo RLC trong các mạch xử lý
dạng xung, thường sau khi đã xử lý xong thì mạch RLC thường dùng để lọc tín hiệu hoặc
xử lý bù pha dòng điện, do dòng điện hay điện áp qua L, C đều bị lệch pha một góc 90 0
nhưng ngược nhau, nên cùng một lúc qua L và C sẽ dẫn đến chúng lệch nhau một góc
1800 . Nên dễ sinh ra hiện tượng cộng hưởng, tự phát sinh dao động.
13
- Ur
L
Vi R C Vo
r
t
Hình 1.13: Mạch R-L-C
Khi tác động vào mạch một đột biến dòng điện, trong mạch sẽ phát sinh dao động có
biện độ suy giảm và dao động quanh trị số không đổi Ir. Nguyên nhân của sự suy giảm là
do do điện trở song song với mạch điện R và r làm rẽ nhánh dòng điện ngõ ra. Nếu tần số
của cộng hưởng riêng của mạch trùng với tần số của xung ngõ vào làm cho mạch cộng
hưởng, biên độ ngõ ra tăng cao. Nếu ngõ vào là chuỗi xung thì:
- Nếu thời gian lặp lại của xung ngắn hơn chu kỳ cộng hưởng biên độ ngõ ra sẽ tăng
dần theo thời gian dễ gây quá áp ở ngõ vào của tầng kế tiếp.
- Nếu thời gian lặp lại của xung bằng với chu kỳ cộng hưởng thì biên độ tín hiệu ngõ
ra gần bằng với tín hiệu ngõ vào, có dạng hình sin và thềm điện áp là hìn sin tắt dần,
không có lợi cho các mạch xung số. Trong thực tế mạch này được dùng để lọc nhiễu xung
có biên độ cao và tần số lớn với điện áp ngõ vào có dạng hình sin.
- Nếu thời gian lặp lại của xung dài hơn chu kỳ cộng hưởng thì dạng sóng ngõ ra có
dạng như hình 2.7.
14
- BÀI TẬP
A. CÂU HỎI VỀ CÁC DẠNG XUNG, CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ CÁC THAM SỐ
XUNG:
1. Nêu điểm khác nhau về dạng mạch giữa các mạch vi phân và mạch tích phân.
2.Cần phải biết cung cấp những yếu tố dữ liệu nào khi thiết kế mạch vi phân hay mạch
tích phân?
3. Khi tần số xung thay đổi, phải làm gì để dạng xung ra không đổi?
4. Nêu ý nghĩa của các sườn trước và sườn sau xung vuông
5. Nêu ý nghĩa của hệ số đầy
B. CÂU HỎI TRẮC NGHIỆM KHÁCH QUAN:
Câu hỏi nhiều lựa chọn
Hãy lựa chọn phương án đúng để trả lời các câu hỏi dưới đây bằng cách tô đen vào
ô vuông thích hợp:
TT Nội dung câu hỏi a b c d
1 Xung hình vuông có các đặc tính:
a) Giống với xung hình chữ nhật □ □ □ □
b) Giống với xung hình thang
c) Cả hai trường hợp a và b
d) Không giống hai trường hợp a và b
2 Cho mạch vi phân gồm một tụ điện ở nhánh ngang và một
điện trở ở nhánh dọc. Có thể suy ra mạch tích phân, bằng □ □ □ □
cách:
a) Đảo vị trí tụ điện và điện trở (cho tụ điện xuống
nhánh dọc và điện trở lên nhánh ngang).
b) Thay tụ điện ở nhánh ngang bằng cuộn cảm, còn
nhánh dọc vẫn duy trì điện trở.
c) Cả hai ttrường hợp a và b đều đúng
d) Cả hai trường hợp a và b đều sai.
3 Với xung nhịp điều khiển mạch logic (ví dụ mạch đếm),
trong ba tham số của xung nhịp, tham số nào là quan trọng □ □ □ □
15
- nhất:
a) Độ ổn định tần số xung nhịp
b) Độ ổn định giá trị điện áp của xung nhịp (trong kỹ
thuật số gọi là mức điện H và L).
c) Thời gian hình thành sườn trước (tt) và sườn sau (ts)
xung.
Cả d) Cả ba trường hợp a, b và c đều quan trọng như
nhau.
4 Với yêu cầu của mạch cần có xung ra có độ rộng hẹp người
ta nên dùng mạch □ □ □ □
a) Mạch tích phân
b) Mạch Vi phân
c) Mạch lọc dùng R,L,C
d) Mạch tuỳ thích
16
- BÀI 2: KHẢO SÁT MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG
Giới thiệu.
Hệ thống mạch điện tử có thể tạo ra dao động ở nhiều dạng khác nhau như: dao
động hình sin (dao động điều hòa), mạch tạo xung chữ nhật, mạch tạo xung tam
giác... các mạch tạo dao động xung được ứng dụng khá phổ biến trong hệ thống điều
khiển, thông tin số và trong hầu hết các hệ thống điện tử số.
Trong kỹ thuật xung, để tạo các dao động không sin, người ta thường dùng các
bộ dao động tích thoát. Dao động tích thoát là các dao động rời rạc, bởi vì hàm của
dòng điện hoặc điện áp theo thời gian có phần gián đoạn. Về mặt vật lý, trong các
bộ dao động sin, ngoài các linh kiện điện tử còn có hai phần tử phản kháng L và C để
tạo dao động, trong đó xảy ra quá trình trao đổi năng lượng một cách lần lượt giữa
năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây và năng lượng điện trường tích lũy
trong tụ điện, sau mỗi chu kỳ dao động, năng lượng tích lũy trong các phần tử phản
kháng bị tiêu hao bởi phần tử điện trở tổn hao của mạch dao động, thực tế lượng tiêu
hao này rất nhỏ. Ngược lại trong các bộ dao động tích thoát chỉ chứa một phần tử
tích lũy năng lượng, mà thường gặp nhất là tụ điện.
Các bộ dao động tích thoát thường được sử dụng để tạo các xung vuông có độ
rộng khác nhau và có thể làm việc ở các chế độ sau: chế độ tự dao động, kích thích
từ ngoài. Dao động đa hài là một loại dạng mạch dao động tích thoát, nó là mạch tạo
xung vuông cơ bản nhất các dạng đa hài thường gặp trong kỹ thuật xung.
Mục tiêu:
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động các mạch dao động đa hài.
- Nêu được các ứng dụng của mạch đa hài trong kỹ thuật
- Lắp ráp, sửa chữa, đo kiểm được các mạch dao động đa hài đúng yêu cầu kỹ
thuật.
- Rèn luyện tính tư duy, sáng tạo và đảm bảo an toàn trong quá trình học tập.
Nội dung
17
- 1. Khái niệm
Là một mạch điện tử có khả năng tự tạo ra tin hiệu xoay chiều (hình sin, hình
vuông…) khi không có tín hiệu vào
2. Mạch dùng Transistor
Trong kỹ thuật xung, để tạo ra các dao động không sin người ta thường dùng các
bộ dao động tích thoát. Về nguyên tắc, bất kỳ một bộ dao động không điều hoà nào cũng
được coi là một dao động không sin. Trong các bộ dao động sin ngoài các linh kiện điện
tử, trong mạch còn có mạch dao động gồm hai phần tử phản kháng là cuộn dây (L) và tụ
điện (C) Trong các bộ dao động tích thoát phần tử tích trữ năng lượng được nạp điện và
sau đó nhờ thiết bị chuyển mạch nó phóng điện đến một mức xác định nào đó rồi lạ được
nạp điện. Nếu việc phóng điện được thực hiện qua điện trở thì gần như toàn bộ năng
lượng được tích luỹ đều được tiêu hao dưới dạng nhiệt. Như vậy mạch dao động tích thoát
thường gồm hai phần tử chính đó là: Cuộn dây (L) và điện trở (R) hoặc tụ điện (C) và
điện trở (R). Thông thường mạch dùng R, C là chủ yếu.
Mạch dao động đa hài là mạch dao động tích thoát tạo ra các xung vuông. Mạch có
thể công tác ở ba chế độ:
- Chế độ tự dao động gọi là trạng thái tự kích ( Không ổn ).
- Chế độ đồng bộ ( Đơn ổn ).
- Chế độ đợi ( Lưỡng ổn ).
2.1. Mạch tạo dãy xung
2.1.1 Mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzisto
Mạch dao động đa hài không ổn là mạch dao động tích thoát dùng R, C tạo ra các
xung vuông hoạt động ở chế độ tự dao động.
a. Sơ đồ mạch:
Trong mạch dao động đa hài không ổn, người ta thường dùng các tranzito Q1, Q2
loại NPN. Các linh kiện trong mạch có những chức năng riêng, góp phần làm cho mạch
dao động. Các trị số của các linh kiện R cà C có tác dụng quyết định đến tần số dao động
của mạch. Các điện trở R1, R3 làm giảm áp và cũng là điện trở tải cấp nguồn cho Q1, Q4.
Các điện trở R2, R3 có tác dụng phân cực cho các tranzito Q1, Q2. Các tụ C1, C2 có tác
dụng liên lạc, đưa tín hiệu xung từ tranzito Q1 sang tranzito Q2 và ngược lại. Hình 2.1
18
- minh hoạ cấu tạo của mạch dao động đa hài không ổn dùng tranzito và các linh kiện R và
C.
Hình 2.1: Mạch dao động đa hài không ổn
Mạch trên Hình 2.1 có cấu trúc đối xứng: các tranzito cùng thông số và cùng loại
(hoặc NPN hoặc PNP), các linh kiện R và C có cùng trị số như nhau.
a. Nguyên lý họat động
Như đã nêu trên, trong mạch trên Hình 2.1, các nhánh mạch có tranzito Q1 và Q2 đối
xứng nhau: 2 tranzito cùng thông số và cùng loại NPN, các linh kiện điện trở và tụ điện
tương ứng có cùng trị số: R1 = R4, R2 = R3, C1 = C2. Tuy vậy, trong thực tế, không thể có
các tranzito và linh kiện điện trở và tụ điện giống nhau tuyệt đối, vì chúng đều có sai số,
cho nên khi cấp nguồn Vcc cho mạch điện, sẽ có một trong hai tranzito dẫn trước hoặc
dẫn mạnh hơn.
Giả sử phân cực cho tranzito Q1 cao hơn, cực B của tranzito Q1 có điện áp dương
hơn điện áp cực B của tranzito Q2, Q1 dẫn trước Q2, làm cho điện áp tại chân C của Q1
giảm, tụ C1 nạp điện từ nguồn qua R2, C1 đến Q1 về âm nguồn, làm cho cực B của Q2
giảm xuống, Q2 nhanh chóng ngưng dẫn. Trong khi đó, dòng IB1 tăng cao dẫn đến Q1 dẫn
bảo hòa. Đến khi tụ C1 nạp đầy, điện áp dương trên chân tụ tăng điện áp cho cực B của
Q2, Q2 chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang trạng thái dẫn điện, trong khi đó, tụ C 2 được
nạp điện từ nguồn qua R3 đến Q2 về âm nguồn, làm điện áp tại chân B của Q1 giảm thấp,
Q1 từ trạng thái dẫn sang trạng thái ngưng dẫn. Tụ C1 xả điện qua mối nối B-E của Q2 làm
cho dòng IB2 tăng cao làm cho tranzito Q2 dẫn bão hoà. Đến khi tụ C2 nạp đầy, quá trình
diễn ra ngược lại.
19
- c. Dạng sóng ở các chân:
Hình 2.2: Dạng tín hiệu tại các chân
Xét tại cực B1 khi T1 dẫn bão hòa VB 0.8V . Khi T1 ngưng dẫn thì tụ C xả điện
làm cho điện áp tại cực B1 có điện áp âm và điện áp âm này giảm dần theo hàm số mũ.
Xét tại cực C1 khi T1 dẫn bão hòa VC1 0.2V còn khi T1 ngưng dãn thì điện áp tại
VC1 Vcc . Dạng sóng ra ở cực C là dạng sóng vuông.
Tương tự khi ta xét ở cực B2 và cực C2 thì dạng sóng ở hai cực này cùng dạng với
dạng sóng ở cực B1 và C1 nhưng đảo pha nhau:
Vì trên cực C của 2 tranzito Q1 và Q2 xuất hiện các xung hình vuông, nên chu kỳ T
được tính bằng thời gian tụ nạp điện và xả điện trên mạch.
T =(t1 + t2) = 0,69 (R2 . C1 + R3 . C2) (2.1)
Do mạch có tính chất đối xứng, ta có:
T = 2 x 0,69 . R2 . C1 = 1,4.R3 . C2 (2.2)
Trong đó:
20
nguon tai.lieu . vn
