Lời nói đầu Mạch tạo xung là một mạch điện tử cơ bản và quan trọng trong kĩ thuật điện tử cũng như trong sản xuất công nghiệp. là một mạch điên không hề thiếu trong sản xuất máy thu hình, đài FM Mạch tạo xung cũng là mạch điện cơ bản thường được giao cho sinh viên phong cách thiết kế, trong những môn thực hành thực tế cũng như đồ án ở những trường ĐH, Cao đẳng giúp sinh viên lắm được những bước cơ bản trong phong cách thiết kế một mạch điện tử thực tê và qua đó cũng lãm cho sinh viên hiểu rõ hơn nguyên tắc hoạt động giải trí của những mạch điện tử nói chung mạch tạo xung nói riêng. Sau đây là bài báo cáo giải trình môn học phong cách thiết kế mạch tựa như của nhóm sinh viên chúng em : Thiết kế mạch điện tạo xung vuông và xung tam giác. Chúng em xin chân thành cảm ơn những thầy khoa Điện tử – Viễn thông, VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI đã tận tình giúp sức chúng em triển khai xong môn học. Trong quy trình phong cách thiết kế và trình bầy chúng em không tránh khỏi những khó khăn vất vả, sai sót vì thế mong những thầy chỉ bảo, giúp sức chúng em để chúng em có tác dụng tốt hơn trong môn học. Nhóm sinh viên phong cách thiết kế
13 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi
| Lượt xem : 9875
| Lượt tải: 6
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mạch tạo xung vuông và tam giác, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
PAGE PAGE 13 Đồ án môn học – Mạch tạo xung vuông và tam giác PAGE PAGE 13 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÔN : THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ Thầy giáo hướng dẫn : Vũ Đức Lý Sinh viên thực thi : – Nguyễn Hữu Vượng – Nguyễn Văn Phong – Nguyễn Tùng Lâm – Hoàng Đức Anh – Nguyễn Thanh Tùng – Đỗ Văn Hiếu Hà nội 5/2008 Lời nói đầu Mạch tạo xung là một mạch điện tử cơ bản và quan trọng trong kĩ thuật điện tử cũng như trong sản xuất công nghiệp. là một mạch điên không hề thiếu trong sản xuất máy thu hình, đài FM … Mạch tạo xung cũng là mạch điện cơ bản thường được giao cho sinh viên phong cách thiết kế, trong những môn thực hành thực tế cũng như đồ án ở những trường ĐH, Cao đẳng giúp sinh viên lắm được những bước cơ bản trong phong cách thiết kế một mạch điện tử thực tê và qua đó cũng lãm cho sinh viên hiểu rõ hơn nguyên tắc hoạt động giải trí của những mạch điện tử nói chung mạch tạo xung nói riêng. Sau đây là bài báo cáo giải trình môn học phong cách thiết kế mạch tương tự như của nhóm sinh viên chúng em : Thiết kế mạch điện tạo xung vuông và xung tam giác. Chúng em xin chân thành cảm ơn những thầy khoa Điện tử – Viễn thông, VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI đã tận tình giúp sức chúng em hoàn thành xong môn học. Trong quy trình phong cách thiết kế và trình bầy chúng em không tránh khỏi những khó khăn vất vả, sai sót vì thế mong những thầy chỉ bảo, trợ giúp chúng em để chúng em có tác dụng tốt hơn trong môn học. Nhóm sinh viên phong cách thiết kế GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠCH DAO ĐỘNG TẠO XUNG VUÔNG VÀ XUNG TAM GIÁC SỬ DỤNG IC 555 Mạch dao động Mạch giao động là mạch giao động sử dụng những linh phụ kiện để phát ra tín hiệu xung giao động đơn cử để điều khiển những thiết bị. Có nhiều dạng tín hiệu xung được phát ra từ mạch giao động, như xung sine, xung vuông, xung tam giác … Mạch tạo xung vuông và xung tam giác Có nhiều cách để tạo ra xung vuông và xung tam giác : như phong cách thiết kế mạch dùng transistor, phong cách thiết kế mạch dùng Opam … để tạo ra xung vuông. Thiết kế mạch tích phân để tạo ra xung tam giác … Ở đây chung ta chọn phong cách thiết kế mạch xê dịch tạo xung vuông và xung tam giác dùng ICNE555. 555 Theo như sơ đồ khối sau đây : TIMING COMPONENTS DECOUPLING + 3-15 V 4 8 R1 7 3 Pulse Out put R2 6 5 2 1 C 10 nF 0 V SƠ ĐỒ MẠCH TẠO XUNG VUÔNG Dựa vào sơ đồ khối ta hoàn toàn có thể nhận ra rằng để tạo được xung vuông ta chỉ cần IC 555 và 1 số ít linh phụ kiện thông dụng như R, C Chú ý : ở đây ta tạo đồng thời xung tam giác lấy ra ở chân số 6. 3. nguyên do chọn mạch tạo xung vuông sử dụng IC NE555 N : – IC NE555 N rất thông dụng, dễ tìm – mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, dễ lý giải, dễ hiểu nguyên tắc thao tác của nó. 4. nguyên tắc hoạt động giải trí của IC NE5555 N : 0 V 1 8 + 3-15 V Trigger 2 7 discharge Out put 3 6 threshold Reset 4 5 control voltage IC NE555 N gồm có 8 chân. chân số 1 ( GND ) : cho nối mase để lấy dòng cấp cho IC chân số 2 ( TRIGGER ) : ngõ vào của 1 tần so áp mạch so áp dùng những transistor PNP. Mức áp chuẩn là 2 * Vcc / 3. Chân số 3 ( OUTPUT ) : Ngõ ra, trạng thái ngõ ra chỉ xác lập theo mức volt cao ( gần bằng mức áp chân 8 ) và thấp ( gần bằng mức áp chân 1 ) Chân số 4 ( RESET ) : dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối masse thì ngõ ra ở mức thấp. còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùy theo mức áp trên chân 2 và 6 Chân số 5 ( CONTROL VOLTAGE ) : dùng làm đổi khác mức áp chuẩn trong IC 555 theo những mức biến áp ngoài hay dùng những điện trở ngoài nối masse. Tuy nhiên trong hầu hết những mạch ứng dụng chân số 5 nối masse qua 1 tụ từ 0.01 µF 0.1 µF, những tụ có tính năng lọc bo nhiễu giữ cho mức áp chuẩn không thay đổi. Chân số 6 ( THRESHOLD ) : là ngõ vào của một tầng so áp khác, mạch so sánh dùng những transistor NPN mức chuẩn là Vcc / 3. Chân số 7 ( DISCHAGER ) : hoàn toàn có thể xem như một khóa điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng như 1 tầng xê dịch. Chân số 8 ( Vcc ) : cấp nguồn nuôi Vcc để cấp điện cho IC. Nguồn nuôi cấp cho IC 555 trong khoảng chừng + 5V + 15V và mức tối đa là + 18 V. Cấu tạo bên trong và nguyên tắc hoạt động giải trí của IC 555 a ) cấu trúc : Comp1 Comp2 8 7 5 6 3 2 1 4 R Q S Q out Vcc discharge control voltage threshold output trigger Ground reset Về thực chất thì IC 555 là một bộ mạch phối hợp giữa 2 con Opamp, 3 điện trở, 1 con transistor, và một bộ FipflopA ( ở đây dùng FFRS ) 2 OP-amp có công dụng so sánh điện áp Transistor để xả điện. Bên trong gồm 3 điện trở mắc tiếp nối đuôi nhau chia điện áp Vcc thành 3 phần. cấu trúc này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 Vcc nối vào chân âm của Op-amp 1 và điện áp 2/3 Vcc nối vào chân âm của Op-amp 2. khi điện áp ở chân 2 nhỏ hơn 1/3 Vcc, chân S = [ 1 ] và FF được kích. Khi điện áp ở chân 6 lớn hơn 2/3 Vcc, chân R của FF = [ 1 ] và FF được reset. b ) Giải thích sự hoạt động giải trí : 8 7 V2 C 5 H H B E 6 H V1 3 2 L L L H 1 4 Comp1 Comp2 out R Q FF S Q R Vcc C SW Ký hiệu 0 là mức thấp ( L ) bằng 0V, 1 là mức cao ( H ) gần bằng Vcc. mạch FF là loại RS Flip-flop. Khi S = [ 1 ] thì Q = [ 1 ] và Q ¯ = [ 0 ] Sau đó, khi S = [ 0 ] thì Q = [ 1 ] và Q ¯ = [ 0 ] Khi R = [ 1 ] thì Q ¯ = [ 1 ] và Q = [ 0 ] Tóm lại : khi S = [ 1 ] thì Q = [ 1 ] và khi R = [ 1 ] thì Q = [ 0 ] chính bới Q ¯ = [ 1 ], transistor mở dẫn, cực C nối đất. cho nên vì thế điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ở chân 6 không vượt quá V2, do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Khi mới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng ( Ra + Rb ) C. tụ C nạp từ điện áp 0 V Vcc / 3 : lúc này V + 1 ( V + của Opamp1 ) > V – 1. do đó O 1 ( ngõ ra của Opamp 1 ) có mức logic 1 ( H ) V + 2 V-2 do đó O2 = 1 Q = 0 ngõ ra hòn đảo trạng thái = 0 Q ¯ = 1 transistor dẫn điện áp trên chân 7 xuống 0V ! Tụ C xả qua Rb. Với thời hằng Rb. C Điện áp trên tụ C giảm xuống do tụ xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới 2V cc / 3. Tụ C liên tục xả từ điện áp 2V cc / 3 Vcc / 3 : lúc này, V + 1 V-1. do đó O1 = 1 V + 2 > 0,7 nên : t ≈ RB1C2 ln 2 = 0,693 RB1C2 ≈ 0,7 RB1C2 Tính thời hạn ngưng dẫn của T2. chính là thời hạn T1 mở màn dẫn đến khi T1 ngưng dẫn. tựa như, thời hạn ngưng dẫn của T2 là : t ≈ RB2C1 ln 2 = 0,693 Rb2C1 ≈ 0,7 RB2C1 vậy chu kỳ luân hồi xê dịch của mạch được tính : T ≈ 0,7 ( RB2C1 + RB2C1 ) Giả sử RB1 = RB2 = R ; C1 = C2 = C thì chu kỳ luân hồi xê dịch của mạch trở thành : T ≈ 1,4 RC Và tần số giao động : f ≈ Thông thường trong mạch xê dịch ta có công thức tính thời hạn ngưng dẫn của transistor là : T = RC ln2 = 0,693 RC thời hạn ngưng dẫn ở mức áp cao cũng là lúc tụ C2 nạp dòng qua R1 + R2 Tn = 0,693 × ( R1 + R2 ) × C2 thời hạn ngưng dẫn ở mức áp thấp cũng là lúc tụ C2 xả dòng qua R2 TX = 0,693 × R2 × C2 Như vậy chu kỳ luân hồi của tín hiệu sẽ là : T = Tn + Tx ↔ T = 0,693 × ( R1 + 2 × R2 ) × C2 II. TRONG BÀI TOÁN THIẾT KẾ MẠCH THỰC TẾ Trong bài toán nhu yếu tạo xung có tần số đổi khác từ 500H z đến 1 khz. như vậy ta có 3 phươn án thực thi + kiểm soát và điều chỉnh tần số bằng cách đổi khác điện trở R1, R2 + điêu chỉnh tần số bằng cách biến hóa tụ điện C2 + kiểm soát và điều chỉnh tần số bằng cách biến hóa tụ điện và điện trở đồng thời ở đây để đơn thuần tất cả chúng ta kiểm soát và điều chỉnh tần số bằng cách biến hóa điện trở R2 ( dùng biến trở ) để xác lập biên độ điêu chỉnh tụ điện ta thay 2 giá trị tần số vào công thức để xác lập điện trở tương ứng với tần số 500 Hz : chọn C2 = 10 nF, R1 = 100 ( kΩ ). khi đó, Tn = Tn + Tx, với T = 1 / F => F = = R2 = 94300 ( Ω ) = 94,3 ( kΩ ) Với tần số 1 khz ( 1000 ) Tương tự ta tính được R2 = 22,15 ( kΩ ) như vậy trên lý thuyêt để tạo được xung có tần số biến hóa từ 500 hz đến 1000 khz. với mạch dùng I C 555 ta thay R2 bằng biến trở có điện trở đổi khác từ 22,15 ( kΩ ) 94,3 ( kΩ ) nhưng do có sai số nên ta hoàn toàn có thể dùng biến trở có điện trở biến hóa từ 20 ( kΩ ) 100 ( kΩ ) R3 chỉ là tải giả mắc vào chân 3 của IC 555 để mô phỏng chọn khoảng chừng vài kiloOhm là được. R5 cũng là điện trở đệm ngã ra của IC 555 với ngã vào của C1585 là trán đệm ( buffer ) ngã ra, thường lắp theo kiểu cực thu chung ( CC ), đặc thù của cách lắp này cho ta trở kháng ngã ( ri ) vào rất lớn, R4 ( RE ) chọn sao cho trở kháng ngã vào của nó đủ lớn để khi ta ghép những tầng phía sau C1815 sẽ không ảnh hưởng tác động đến những tham số của mạch LM 555 thường khoảng chừng vài trăm kilo Ohm. Công thức tính tải : ri = rb + re + RE => ri = hie +. RE Kết luận : nếu muốn đổi khác độ lớn tần số giao động của mạch thì chỉ cần biến hóa giá trị của Ra, Rb hoặc của C1. Tuy nhiên nếu chỉ đổi khác giá trị R1 ( hoặc R2 ) không thôi, thì tần số ( f ) cũng như độ rộng xung ( duty cycle ) sẽ bị biến hóa cùng lúc. Như vậy theo như trên ta tính với R1 = const sẽ xảy ra hiện tượng kỳ lạ trên. do vậy ta phải chọn R1 = R2. theo công thức trên ta tính được : Với tần số 500 hz thì R1 = R2 = 96,2 ( kΩ ) Với tần số 1000 hz thì R1 = R2 = 48,1 ( kΩ ) muốn đổi khác tần số ( giữ nguyên độ rộng xung thì R1 và R2 phải được đổi khác cùng một lúc ( cùng tăng hoặc cùng giảm một giá trị như nhau ) muốn đổi khác độ rộng xung ( giữ nguyên tần số ) thì R1 và R2 phải được biến hóa cùng lúc nhưng có chiều ngược lại ( khi tăng R1 thì phải giảm R2 cùng một giá trị như nhau ) Như vậy mạch được phong cách thiết kế như sau : + 15 v Mạch tạo giao động xung vuông dùng IC 555 Mạch trên dùng them 2 diode để Tn = Tx để bảo vệ có xung vuông tại chân OUT ( 3 ) là đối xứng, sở dĩ 2 con diode này có tính năng như vậy là vì lúc tụ nạp thì dòng chỉ qua R1 nhớ diode D2. khi đó thời hạn nạp là Tn = t1 = 0,693. R1. C2. và khi tụ xả cũng vậy, nhờ có D1 mà dòng xả chỉ qua R2 và thời hạn xả là Tx = t2 = 0.693. R2. C2 mà R1 = R2 ( chọn lúc phong cách thiết kế ) => Tn = Tx. + 12 v Hình minh họa quy trình nạp xả cho tụ C2 Ngõ out tại chân số 6 cho ra xung tam giấc ( hơi bị răng cưa chứ xườn không thẳng ) Tương tự ngõ out tại TST cũng cho ra xung gần giống như tại chân số 6 ( cái này làm chưa đạt nhu yếu vì theo triết lý thì qua C1815 thì xung sẽ trơn hơn, cạnh xung sẽ thẳng hơn nhưng trong mạch thì cạnh xung ra tại C1815 không thẳng …. ) Dạng xung tại ngõ out ( 3 ) Xung tại chân số 6 Dạng xung tại chân E của C1815 ứng dụng của IC 555 Ứng dụng của 555 là rất lớn, ngoài ứng dụng hay dùng làm mạch phát xung nó còn dùng để đo điện dung. Điện dung hoặc cảm biến dạng điện dung được nối vào mạch, khi biến hóa sẽ làm tần số đầu ra biến hóa. việc đo tần số với vi điều khiển thì đơn thuần rồi. khi sử dụng cách này, cần phải có điện trở thật đúng chuẩn … để tránh sai số. ngoài những IC 555 còn có nhiều ứng dụng trong thực tiễn như : dùng làm mạch cho khởi động trễ, mạch phát ra âm thanh, điều chế xung, dung để đo vận tốc quay của máy đĩa hát, dùng trong thiết bị chống trộm và tia hồng ngoại … III ) ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MẠCH TẠO XUNG VUÔNG VÀ TAM GIÁC DÙNG IC 555. 1 ) ưu điểm : – mạch điện đơn thuần dễ làm với những linh phụ kiện phổ cập dễ tìm, ngân sách thấp – nguyên tắc đơn thuần dễ hiểu 2 ) điểm yếu kém – tạo xung tam giác bằng mạch điện dung IC 555 tạo ra xung tam giác không đúng mực .
