Xem mẫu
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Choïn heä soá khueách ñaïi cuûa maïch laø A1 = 100 vaø A2 = 3
Ñieän aùp ngoõ ra cuûa taàng thöù 1: V01 = A1 x Vin
Ñieän ra cuûa taàng thöù 2: V02 =A2 x V01
Khi ñieän aùp vaøo laø Vin = 10 mV thì ñieän aùp ngoõ ra V02 = 3 V vôùi
bieân ñoä tín hieäu naøy maïch ñeám ñaõ hoaït ñoäng.
Ñoái vôùi nhöõng tín hieäu coù taàn soá thaáp dung khaùng XC1 raát lôùn so
vôùi ñieän trôû R1 vaø heä soá khueách ñaïi giaûm. Khi taàn soá tín hieäu taêng
thì dung khaùng XC1 giaûm laøm cho heäsoá khueách ñaïi taêng leân. Giôùi
haïn taàn soá thaáp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc:
1
f gh =
2rR2 C1
R2 =1k ,
C1 = = 0.1 F
R3
Heä soá cuûa maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo A = 1 +
R1
R3
1+ = 100
R2
R3 = 99 R2
R3 = 99 k
Choïn R1 = R2 ñeå nhaèm muïc ñích buø aûnh höôûng cuûa doøng ngoõ vaøo,
töông töï tính cho taàng khueách sau vôùi heä soá khueách ñaïi A2 = 3
R4
1+ =3
R5
R4 = 2 R5 = 2 k
Thoâng soá kyõ thuaät vi maïch 741 taïi ñieän aùp cung caáp 15 V
Ñieän aùp offset 1 mV(max 5 mV)
Doøng ñieän offset 20 nA (max 200 nA )
Doøng ñieän phaân cöïc 80 n ( max 500 ma )
Toång trôû ngoõ ra 75
Common mode rejection 90 db ( min 70 db )
Slew rate 0.5
45
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Coù maïch boå chính taàn soá beân trong, khoâng caàn theâm RC beân ngoaøi.
Coù khaû naêng baûo veä ngaén maïch, doøng ngoõ ra tôùi haïn taïi 25 mA.
Ñieän aùp sai bieät toái ña giöõa hai ngoõ vaøo laø 30 V.
Coù maïch chænh ñieän aùp offset ngoõ ra.
2 . Maïch giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo:
Khi bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo lôùn hôn 5Vp-p thì maïch khoâng theå hoaït
ñoäng, trong maïch naøy giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu cao nhaát cho pheùp laø 15V.
Tín hieäu ngoõ vaøo vi maïch soá coù bieân ñoä laø 5V, doøng ngoõ vaøo laø 10 mA.
Khi tín hieäu ngoõ vaøo laø Vi = 15 V
Vi V0 15 5
R1= = = 1K
10
IL
Khi tín hieäu ngoõ vaøo laø Vi = 10 V
5
R2 = = 500
10
Bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo ta khoâng môû roäng leân giôùi haïn cao hôn vì
trong thí nghieäm ño löôøng ñieän thöôøng laøm vieäc vôùi möùc ñieän aùp thaáp töø 15 V
trôû xuoáng. Ba led phaùt quang chæ baùo coù tín hieäu ngoõ vaøo ñoàng thôøi giôùi haïn
möùc ñieän aùp tín hieäu ngoõ vaøo laø 5V. Diode zener xen caùc thaønh phaàn nhieãu
coù bieân ñoä vöôït quaù 5Vp-p
Nhö vaäy trong maïch giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo coù 4 caáp giôùi
haïn 15V - 10V - 5V -10mV. Chuùng ta coù theå öôùc löôïng bieân ñoä tín hieäu caàn
ño taàn soá ñeå choïn caáp giôùi haïn cho phuø hôïp.
3 . Maïch chænh daïng xung tín hieäu ngoõ vaøo:
Maïch ñeám laøm vieäc vôùi tín hieäu daïng xung coù hai möùc logic phaân
bieät roõ raøng neân tín hieäu caàn ño taàn soá coù daïng sin hoaëc nhöõng tín hieäu xung
bò meùo daïng caàn ñöôïc chænh daïng cho thaønh xung vuoâng tröôùc khi ñöa vaøo
maïch ñeám. ÔÛ ñaây ta duøng coång naûy schmitt trigger CMOS coù hai möùc ngöôõng
giao hoaùn ñeå chænh daïng soùng tín hieäu ngoõ vaøo.
Trigger schmitt boä coù caáu taïo phoå bieán nhaát vaø thöôøng toû ra hieäu quaû
ñoái vôùi caùc öùng duïng hieän nay, trigger schmitt ñöôïc caáu thaønh töø moät coång
logic vôùi hai möùc ngöôõng chuyeån maïch.
46
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Bieân ñoä cuaû caùc vöôït möùc tín hieäu caàn söaû ñoåi seõ cao hôn ñoä treã cuaû
caùc tín hieäu ngoõ vaøo, song ta cuõng coù theå öùng duïng thoâng tin daïng soá ngoõ ra
ñeå trigger moät maïch soá khaùc nhö maïch ñeám hoaëc maïch ña haøi ñôn oån.
Ñoái vôùi coång ñaûo, khi ñieän theá vaøo nhoû öùng vôùi möùc thaáp thì ngoõ ra
laø ñieän theá lôùn öùng vôùi möùc cao. Khi ñieän theá taêng ñeán ngöôõng +VT (ñoái vôùi
CMOS laø khoaûng 50% VDD) söï giao hoaùn baét ñaàu vaø ngoõ ra chuyeån xuoáng
möùc thaáp. Neáu ñieän theá ngoõ vaøo giaûm thaáp thì ñöôøng giao hoaùn khi ñieän the á
giaûm truøng vôùi ñöôøng giao hoaùn khi ñieän theá taêng.
Ñoái vôùi coång schmitt trigger ngöôõng giao hoaùn khi ñieän theá ngoõ vaøo
taêng laø +VT vaø ngöôõng giao hoaùn khi ñieän theá ngoõ vaøo giaûm laø –VT khoâng
truøng nhau khieán ñöôøng giao hoaùn khi ñieän theá vaøo taêng vaø ñöôøng giao hoaùn
khi ñieän theá vaøo giaûm khoâng truøng nhau, sai bieät giöõa hai ngöôõng +VT ñeán -
VT ñöôïc goïi laø ñoä treã. Keát quaû laø ta coù daïng xung vuoâng ôû ngoõ ra maïch naûy
schmitt trigger, daïng soùng goàm duùng hai xung (xung höôùng döông vaø xung
höôùng aâm) nhö daïng xung cuaû tín hieäungoõ vaøo maëc daàu daïng soùng vaøo raát
meùo daïng vaø coù laãn nhieãu.
Trong maïch naøy ta choïn coång schmitt trigger thuoäc hoï CMOS
CD40106 coù 6 coång schmitt trigger coù ñaûo, duøng coâng ngheä CMOS coång
silicum ñeå ñaït ñöôïc toác ñoä cao töông töï nhö TTL-LS nhöng coâng suaát tieâu thuï
thaáp.
Sô ñoà chaân cuaû IC 40106:
47
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Moät soá ñaëc ñieåm cuaû IC 40106:
Soá fan out: 10 taûi TTL-LS
Khoaûng nhieät ñoä laøm vieäc roäng: 40 ñeán 85 C
Thôøi gian trì hoaõn vaø thôøi gian chuyeån tieáp caân xöùng
Thôøi haèng taêng vaø thôøi haèng giaûmcuaû tín hieäu vaøo khoâng giôùi haïn
Ñieän aùp nguoàn cung caáp töø 3V ñeán 10V
Ñoä mieãn nhieãu möùc thaáp 37% VCC, ôû möùc cao 51% VCC, khi VCC = 5V
V./ MAÏCH ÑEÁM VAØ GIAÛI MAÕ:
1./ Maïch ñeám:
Trong maïch naøy choïn IC 4518B ñeå keát noái maïch ñeám, IC naøy thuoäc
hoï CMOS bao goàm hai maïch ñeám thaäp phaân ñoàng boä beân trong. Moãi maïch
ñeám coù hai ngoõ vaøo xung clock, moät ngoõ taùc ñoäng caïnh xuoáng, moät ngoõ taùc
ñoäng caïnh leân, tuyø theo yeâu caàu söû duïng maø ta choïn ngoõ vaøo xung taùc ñoäng
caïnh leân hay taùc ñoäng caïnh xuoáng.
Baûng traïng thaùi:
CP0 CP1 MR kieåu hoaït ñoäng
H L Ñeám leân
L L Ñeám leân
X L Khoâng ñoåi
X L Khoâng ñoåi
L L Khoâng ñoåi
H L Khoâng ñoåi
X X H RESET
48
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Chöùc naêng caùc cuûa IC 4518B:
CP0a ,CP0b : ngoõ vaøo xung clock taùc ñoäng caïnh leân.
-
CP1a, CP1b : ngoõ vaøo xung clock taùc ñoäng caïnh xuoáng.
-
Mra ,Mrb : ñaët laïi (Reset).
-
Q0a ñeán Q3a : ngoõ ra BCD.
-
Q0b ñeán Q3b : ngoõ ra BCD.
-
Trong maïch ño taàn soá naøy duøng 4 LED ñeå hieån thò nhö vaäy soá lôùn
nhaát coù theå hieån thò ñöôïc laø 9999 HZ.Ñeå ñöôïc keát quaû naøy ta phaûi söû duïng 4
maïch ñeám 10 gheùp laïi vôùi nhau IC 4518B goàm hai maïch ñeám 10 neân chæ
duøng 2 IC laø coù theå ñaùp öùng ñöôïc soá ñeám yeâu caàu, söû duïng IC4581B maïch trôû
neân ñôn giaûn hôn. Boä ñeám naøy, coù coâng suaát tieâu taùn thaáp, ñoä mieãn nhieãu cao
45% Vdd:
- Ñieän aùp cung caáp 3 ñeán 18VDC.
- Doøng ñieän tónh laø 5nA ôû möùc ñieän aùp cung caáp laø 5VDC.
- Daïng maïch ñöôïc keát noái nhö sau:
49
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Chaân 7, 15 (Reset ) cuûa IC1 vaø IC2 noái chung vôùi nhau vaø ñöôïc noái ñeán
ñöôøng tín hieäu reset . Khi cho tín hieäu xung clock vaøo chaân 2 cuaû IC1, ngoõ
vaøo reset ôû möùc thaáp maïch ñeám bình thöôøng ngoõ ra Q0a (chaân 6) ñöôïc noái ñeán
chaân 10 laøm xung clock cho maïch ñeám thöù hai. Ngoõ ra Q3b cuûa IC1 ñöôïc noái
ñeán ngoõ vaøo chaân (2) cuûa IC2 ñeå maïch ñeám tieáp, soá lôùn nhaát maø maïch ñeám
ñöôïc laø 9999 HZ.
Caùc thoâng soá cuûa IC 4518B:
Kí hieäu Giaù trò Ñôn vò
Ñieän theá cung caáp Vdd 5- 1 8 VDC
Ñieän theá ngoõ vaøo Vin 0.5 - Vdd+0.5 VDC
Doøng ra moãi chaân I 10 mA
Nhieät ñoä laøm vieäc
Loaïi AL Ta 55 –125 C
Loaïi CL/CP 40 –45 C
Nhieät ñoä baûo quaûn Tstg 60 – 150 C
2 . Maïch giaûi maõ:
Ngoõ ra cuûa IC ñeám laø maõ soá BCD ñeå hieån thò ra LED 7 ñoaïn thì caàn
phaûi maïch giaûi maõ töø soá BCD sang LED 7 ñoaïn. Trong maïch naøy söû duïng IC
4511B laøm maïch giaûi maõ, IC 4511B laø Ic thuoäc hoï CMOS coù 4 ngoõ vaøo, ba
ngoõ vaøo ñieàu khieån vaøø ngoõ ratöø Oa ñeán Og nguyeân lyù hoaït ñoäng ñöôïc giaûi
thích döïa treân baûng traïng thaùi.
Sô ñoà chaân vaø caáu truùc beân trong cuûa IC 4511B: caáu truùc beân trong
cuûa IC goàm coù 3 phaàn LATCHES, DECODER, DRIVER
DA ñeán DD: ngoõ vaøo nhaän tín hieäu töø IC ñeám 4518B:
50
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
EL : cho pheùp choát ngoõ vaøo, ôû möùc thaáp cho pheùp tín hieäu giaûi maõ ra LED,
ôû möùc cao choát keát quaû vöøa hieån thò.
BI ngoõ vaøo xoùa soá 0 taùc doäng ôû möùc thaáp.
LT :ngoõ vaøo thöû ñeøn.
Oa ñeán Og 7 ngoõ ra sang LED 7 ñoaïn.
Decoder: giaûi maõ.
Driver: maïch ñeäm.
Latches: Boä nhôù trung gian ñeå nhôù keát quaû trong thôøi gian ngaén (maïch
choát)
Baûng traïng thaùi cuûa IC 4511B:
51
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Ngoõ vaøo ( input ) Ngoõ ra ( output) Display
LE BI LT D C B A a b c dEg f
X X L X X X X H HH HHH H
X L H X X X X L LLLLL L Blank
L H H L L L L H HH HHH L 0
L H H L L L H L HHLLL L 1
L H H L L H L H HL HHL H 2
L H H L L H H H HHLLL H 3
L H H L H L L L HHLLH H 4
L H H L H L H H LHHLH H 5
L H H L H H L L L H HHH H 6
L H H L H H H H HHLLL L 7
L H H H L L L H HH HHH H 8
L H H H L L H H HHLLH H 9
L H H H L H L L LLLLL L Blank
L H H H L H H L LLLLL L Blank
L H H H H L L L LLLLL L Blank
L H H H H L H L LLLLL L Blank
L H H H H H L L LLLLL L Blank
L H H H H H H L LLLLL L Blank
H H H X X X X (* )
Trong maïch hieån thò ta caàn phaûi taét soá 0 voâ nghiaõ,ví duï nhö keát quaû
ño laøø 10 thì phaûi hieån thò laøø 10 khoâng phaûi laø 0010. Nhö chuùng ta ñaõ bieát IC
4511B coù ngoõ vaøo BI khi taùc ñoäng ôû möùc thaáp thì ñeøn taét, khi caùc ngoõ ra cuûa
IC ñeám laø 0000 (BCD) thì ngoõ vaøo BI ôû möùc thaáp, moät ngoõ ra leân traïng thaùi
[1] thì ngoõ vaøo BI ôû möùc cao.
Daïng maïch keát noái nhö sau:
52
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
VI./ MAÏCH HIEÅN THÒ:
Maïch ño taàn soá naøy khoâng laø moät thieát bò ño thöïc duïng maø laø moät moâ
hình hoaït ñoäng ñöôïc duøng trong giaûng daïy moân ñolöôøng ñieän, coù theå duøng
laøm thieát bò ño trong phoøng thí nghieäm ño löôøng ñieän. Ñoái vôùi moâ hình duøng
ñeå daïy hoïc neân caàn phaàn hieån thò thaät roõ ñeå ngöôøi ôû goùc coù theå quan saùt ñöôïc,
vôùi nhöõng yeâu ñoù ta choïn phaàn hieån thò laø LED 7 ñoaïn loaïi lôùn, loaïi ñeøn naøy
tieâu toán naêng thaáp hôn caùc loaïi ñeøn cathod laïnh hay ñeøn tim, nguoàn cung caáp
cho ñeøn LED thöôøng thaáp.
Thoâng soá loaïi LED
Ñieän aùp cung caáp : 6 V
Doøng ñieän toái ña : 20mA
Kích côû : ( 3. 7 x 5. 5) cm
Kích thöôùc moãi ñoaïn : 3 cm
Loaïi maøu traéng khi phaùt saùng cho aùnh saùng maøu ñoû
Ñieän aùp vaø doøng dieän caùc ngoõ ra cuûa IC 4511B khoâng ñuû kích cho
LED saùng vì vaäy caàn theâm maïch keùo doøng cho LED. Ta duøng linh kieän rôøi
TRANSISTOR ñeå laøm maïch thuùc, khi ngoõ ra cuûa IC 4511B ôû traïng thaùi möùc
cao thì LED saùng, ôû traïng thaùi möùc thaáp thì LED taét neân ta söû duïng transistor
loaïi PNP.
53
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Ñieän aùp caáp cho LED laø 6V vaø doøng ñieän qua toái ña laø 15mA. Khi
chaân B ôû möùc cao thì transistor ngöng daãn doøng ñieän chaïy qua RC vaø R1 qua
LED laøm cho ñeøn phaùt saùng, luùc naøy ñieän aùp rôi treân LED laø 0.7V.
VCC VC
Ñieän trôû RC =
I LED
12 6
RC = = 400
15mA
6 0.7
R1 = = 330
15mA
Ñeå transistor laøm vieäc trong vuøng baûo hoaø thì ñieän trôû RB = 10 RC
RB = 4 K
Khi chaân B ôû möùc thaáp thì transistor daãn doøng ñieän ñoå töø nguoàn VCC
= 12V qua moái noái CE xuoáng mass luùc naøy VCE = 0.2V laøm cho LED taét.
VII./ MAÏCH NGUOÀN:
Trong phaàn maïch giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo vaø phaàn hieån thò
ñaõ söû duïng nguoàn cung caáp laø 12V, nguoàn cung caáp cho caùc loaïi IC ñeám trong
maïch laø 5V. Nhö vaäy maïch nguoàn cho ra 3 caáp ñieän aùp +12 V, -12V, + 5V.
Ñeå ñôn giaûn cho vieäc choïn löïa nguoàn vaø linh kieän oån aùp cho maïch ta
chæ chuù troïng ñeán caùc phaàn töû tieâu hao doøng ñaùng keå nhaát trong maïch.
Caùc coång CMOS ñeàu laø loaïi coù doøng tieâu thuï lôùn nhaát Id = 50 mA ôû
möùc ñieän nguoàn cung caáp laø 5V.
Doøng ñieän toång qua caùc CMOS laø :6 x 50mA = 300 mA
IC ñeám bao goàm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B doøng ñieän tieâu
thuï moãi IC laø 10 mA. Doøng ñieän toång laø: (8 x 10)mA = 80mA
Toång doøng ñieän qua caùc LED laø : (4 x 7 x 15) mA = 420 mA
Toång doøng ñieän toaøn maïch laø: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA
Toång doøng ñieän trong nguoàn cung caáp + 5 V laø: (300 + 80) = 380 mA
Choïn IC 7805 ñeå taïo nguoàn oån aùp + 5 V, caùc thoâng soá cuûa IC 7805:
Doøng ñieän ngoõ ra: I0 = 1 A
54
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
- Luaän Aùn toát Nghieäp Moâ Hình Maùy Ño Taàn Soá
Ñieän aùp ngoõ vaøo: Vin = 8 35 V
Ñieän aùp ngoõ ra: V0 = 4.8 5.2 V
Choïn IC LM 317 vaø LM 337 ñeå taïo nguoàn oån aùp + 12V , -12 V
Thoâng soá kyõ thuaät cuûa IC LM317:
Doøng ñieän ra ñònh möùc : I0 = 1.5A
Ñieän aùp ngoõ ra V 0 = Vin - 1.2
Ñieän aùp ngoõ vaøo : Vin = 1.2 37V
Thoâng soá kyõ thuaät cuûa IC LM 337
Doøng ñieän ra ñònh möùc : I0 = 1.5A
Ñieän aùp ngoõ ra :V 0 = Vin + 1.2
Ñieän aùp ngoõ vaøo : Vin = 1.2 37 V
Trong maïch caàn nguoàn ñoái xöùng 12V neân choïn bieán aùp coù ñieåm giöõa,
ñieän aùp vaøo laø 220 VAC , ñieän aùp laáy ra 12 VAC
Tuï 10F noái töø chaân ADJ xuoáng mass ñeå trieät tieâu ñoä gôïn ñieän aùp, tuï
0.1F duøng loïc nhieãu taàn soá cao laøm cho ñieän aùp ngoõ ra coù daïng phaúng hôn.
Ñieän trôû R = 120 vaø bieá trôû VR = 2 k taïo thaønh caàu phaân aùp ñeå ñieàu chænh
ñieän aùp cho chaân ADJ nhaèm ñieàu chænh ñieän aùp ngoõ ra.
Giaûi thích nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa toaøn maïch:
Chöùc naêng caùc linh kieän trong maïch
IC 7805 duøng oån aùp nguoàn 5V cung caáp cho caùc IC ñeám
IC 317 vaøø IC 337 duøng oån aùp nguoàn +12V, -12V cung caáp cho khueách
ñaïi ñaàu vaøo vaø maïch nguoàn cho LED hieån thò
IC 40106B chænh daïng soùng tín hieäu ngoõ vaøo, moät phaàn duøng laép maïch
dao ñoäng chuaån.
IC 4518B (1), IC 4040B vaø IC 4081(1) duøng ñeå chia taàn soá xung 32 KHZ
xuoáng taàn soá xung chuaån 1HZ.
IC 4017B (1) khoáng cheá maïch ñeám trong 1 giaây, giöõ keát quaû trong 2
giaây vaø reset maïch ñeám trong 1 giaây.
IC 4518B ( 2,3) ñeám BCD ñoàng boä.
55
Tröôøng Ñaïi Hoïc Sö Phaïm Kyõ Thuaät Thaønh Phoá Hoà Chí Minh
nguon tai.lieu . vn