ĐỒ án MẠCH điện tử tạo xung vuông dùng ic555
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (308.99 KB, 18 trang )
ĐỒ ÁN MẠCH ĐIỆN
TỬ
Giáo viên hướng dẫn: LÊ QUỐC HUY
Nhóm sinh viên thực hiện:
Chương I: Nguyên lí hoạt động của mạch.
1.1.
Ứng dụng của mạch:
Trong đời sống hằng ngày, con người thường xuyên phải thu nhận và trao
đổi thông tin lẫn nhau. Chẳng hạn những tin tức như âm thanh, hình ảnh có thể
truyền đi được là nhờ vào các hệ thống điện tử. Các hệ thống này biến đổi những
tin tức trên thành đại lượng điện áp hoặc dòng điện. Kết quả của quá trình chuyển
đổi là điện áp hoặc dòng điện phải tỉ lệ với lượng tin tức nguyên thủy. Ví dụ:
Microphone biến đổi tiếng nói con người thành tín hiệu điện, Camera biến đổi hình
ảnh thành những tín hiệu điện. Ta gọi chung đó là tín hiệu.
Các tín hiệu có biên độ biến đổi theo thời gian được phân ra thành hai loại
cơ bản, đó là tín hiệu liên tục (còn gọi là tín hiệu tuyến tính hay tín hiệu tương
tự) và tín hiệu gián đoạn (còn gọi là tín hiệu xung hay số).
Ngày nay trong kỹ thuật vô tuyến điện, có rất nhiều thiết bị hoạt động trong
một chế độ đặc biệt đó là chế độ xung. Khác với những thiết bị điện tử làm việc
trong chế độ liên tục, trong các thiết bị làm việc ở chế độ xung thì dòng điện hoặc
điện áp tác dụng lên mạch một cách rời rạc theo một quy luật nào đó. Ở những thời
điểm đóng hoặc ngắt điện áp, trong mạch sẽ phát sinh quá trình quá độ phá hủy chế
độ công tác tĩnh của mạch.
Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ
thuật hiện đại như :Thông tin, điều khiển, ra đa, vô tuyến truyền hình, máy tính
điện tử, điện tử ứng dụng.
Tùy theo nhiệm vụ mà trong các thiết bị sử dụng nhiều loại sơ đồ xung khác
nhau: Khác nhau về nguyên tắc cấu tạo, nguyên lý làmviệc cũng như các tham
số .Tổ hợp các phương pháp, các thiết bị để tạo và biến đổi dạng xung, để biểu thị
và chọn xung gọi là kỹ thuật xung.
Tác dụng sinh lý của các dòng điện xung:
Tác dụng kích thích: nhờ vào sự lên xuống của cường độ xung (độ dốc lên xuống
càng dựng đứng bao nhiêu thì kích thích càng mạnh).
Tác dụng ức chế cảm giác và giảm trương lực cơ: tác dụng này đến nhanh khi tần
số xung lớn hơn 60Hz. Tần số gây ức chế tốt nhất là 100 – 150Hz.
Từ những tác dụng chung nhất nêu trên, do đặc điểm về hình thể, cường độ và tần
số xung của các dòng điện xung mà:
Dòng Faradic (xung gai nhọn, Hz: 100): chủ yếu tác dụng kích thích mạnh. Tuy
nhiên nếu dùng lâu thì gây ức chế.
Dòng Leduc (xung hình chữ nhật, Hz: 100 – 1000): tùy tần số, thời gian xung, thời
gian nghỉ mà có tác dụng hưng phấn hay ức chế mạnh hơn.
Dòng Lapicque (xung hình lưỡi cày, độ dốc lên xuống thoai thoải): ứng dụng tốt
với những trường hợp cơ và thần kinh đã bị thương tổn.
Dòng Bernard (xung hình sin; 50 – 100Hz): ứng dụng tốt cho những trường hợp cơ
và thần kinh bị thương tổn. Tuy nhiên dòng 50Hz có tác dụng kích thích trội hơn,
dòng 100Hz có tác dụng ức chế trội hơn. Tác dụng điện phân của dòng Bernard
cũng mạnh.
Dòng giao thoa thực tế có tần số từ 10 – 100Hz phátsinh ra trong tổ chức ở sâu: nó
chỉ tác dụng đến những bộ phận ở sâu, không tác dụng trên cảm giác bề mặt da nên
có thể tăng cường độ đến mức gây co cơ ở sâu mà bệnh nhân có thể chịu được dễ
dàng. Tác dụng ức chế hay hưng phấn tùy tần số.
Các thiết bị xung được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật
hiện đại như :Thông tin, điều khiển, ra đa, vô tuyến truyền hình, máy tính điện tử,
điện tử ứng dụng.
Ứng dụng IC555: Ứng dụng của 555 là rất lớn, ngoài ứng dụng hay dùng là
mạch phát xung nó còn dùng đểđ o điện dung. Điện dung hoặc cảmbiến dạng điện
dung được nối vào mạch, khi thay đổi sẽ làm tần số đầu ra thay đổi. Việc đo tần số
với vi điều khiển thì đơn giản rồi. Khi sử dụng cách này, cần phải có điện trở thật
chính xác…để tránh sai số. Ngoài ra IC555 còn có nhiều ứng dụng trong thực tế
như: dùng làm mạch cho khởi động trễ, mạch phát ra âm thanh, điều chế xung,
dùng để đo tốc độ quay của máy hát đĩa, dùng trong thiết bị chống trộm và tia hồng
ngoại…….
1.2.
Nguyên lí hoạt động của mạch:
Sơ đồ khối.
Mạch nguồn nuôi
Mạch tạo dao động
dùng IC555
Mạch tích phân
Mạch dao động cầu
wien
Mạch dao động thì cũng là một mạch điện như mọi mạch điện khác nhưng
nó sử dụng các linh kiện để phát ra tín hiệu xung dao động cụ thể. Có nhiều dạng
tín hiệu xung được phát ra từ mạch dao động, như xung sine, xung vuông, xung
tam giác, hoặc là một dạng khó hơn như là xung hàm mũ hay hàm log….
Mạch dao động điều hòa là mạch tạo tín hiệu hình sin.
Tín hiệu hình sin được xem là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu liên tục. Với
tín hiệu này có thể xác định biên độ của nó tại từng thời điểm.
Mạch tạo xung là mạch tạo tín hiệu xung vuông, tam giác, răng cưa…
Tín hiệu hình vuông được xem là một tín hiệu tiêu biểu cho loại tín hiệu gián
đoạn.Với tín hiệu này thì biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức cao (High) và
mức thấp (Low), thời gian để chuyển từ mức biên độ thấp lên biên độ cao hay từ
biên độ cao xuống biên độ thấp là rất ngắn và được xem như tức thời. Tín hiệu
vuông được dùng để kích thích mạch số.
Xung răng cưa cũng là một loại xung gián đoạn. Tín hiệu xung răng cưa dùng để
thử mạch.
1.2.1.
Nguyên lí hoạt động của mạch tạo xung vuông dùng IC555:
IC 555 là một trong những IC thông dụng khi bạn đi theo con đường điện tử.
Đây là vi mạch định thời gian đầu tiên và đến nay vẫn còn được phổ biến cho đến
nay. Ngõ ra của 555 sẽ tạo ra một xung vuông mà chúng ta hay dùng để kích chân
clock các IC khác. Phương pháp tạo xung clock dùng 555 được cho là đơn giản và
chuẩn xác hơn các cách khác như dùng Transistor, Opamp …
IC 555 dòng NE
Lý do chọn 555:
•
•
555 rất phổ biến.
Mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, dễ giải thích, dễ hiểu nguyên lý làm
việc của nó.
Sơ đồ chân:
+ Chân số 1(GND): cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi là
chân chung.
+ Chân số 2(TRIGGER): Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và được
dùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp.Mạch so sánh ở đây dùng các
transitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3Vcc.
+ Chân số 3(OUTPUT): Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng thái
của tín hiệu ra được xác định theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứng
với gần bằng Vcc nếu (PWM=100%) và mức 0 tương đương với 0V nhưng mà
trong thực tế mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng từ (0.35 ->0.75V) .
+ 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.Nhưng mà trong mạch để tạo được dao động thường
hay nối chân này lên VCC.
+ Chân số 5(CONTROL VOLTAGE): Dùng làm thay đổi mức áp chuẩn trong
IC 555 theo các mức biến áp ngoài hay dùng các điện trở ngoài cho nối GND.
Chân này có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người ta
thường nối chân số 5 xuống GND thông qua tụ điện từ 0.01uF đến 0.1uF các tụ
này lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được ổn định.
+ Chân số 6(THRESHOLD) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện áp
khác và cũng được dùng như 1 chân chốt.
+ Chân số 7(DISCHAGER) : có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịu
điều khiển bỡi tầng logic của chân 3 .Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đóng
lại.ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùng
như 1 tầng dao động .
+ Chân số 8 (Vcc): Không cần nói cũng bít đó là chân cung cấp áp và dòng cho IC
hoạt động. Không có chân này coi như IC
chết. Nó được cấp điện áp từ 2V –>18V
(Tùy từng loại 555 thấp nhất là con
NE7555)
Cấu tạo:
Nhìn trên sơ đồ cấu tạo trên ta thấy
cấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3
con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây là
FF RS):
– 2 OP-amp có tác dụng so sánh điện áp
– Transistor để xả điện.
– Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếp
chia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạo
này tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3
VCC nối vào chân dương 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.
Sơ đồ mạch đẳng hiệu của IC555:
Giải thích sự dao động:
Kí 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 = [1] và Q = [0].
Tóm lại, khi S = [1] thì Q = [1] và khi R = [1] thì Q = [0] bởi vì Q- = [1],
transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên 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 0V -> Vcc/3:
+ Lúc này V+1(V+ của Opamp1) > V-1. Do đó O1 (ngõ ra của Opamp1) có mức
logic 1(H).
+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3). Do đó O2 = 0(L).
+ R = 0, S = 1 –> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
+ Q = 1 –> Ng. ra = 1.
+ /Q = 0 –> Transistor hồi tiếp không dẫn.
Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3:
+ Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
+ V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
+ R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=1, /Q=0).
Transistor vẫn ko dẫn !
Tụ C nạp qua ngưỡng 2Vcc/3:
+ Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
+ V+2 > V-2. Do đó O2 = 1.
+ R = 1, S = 0 –> Q=0, /Q = 1.
+ Q = 0 –> Ng. ra 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 C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới
2Vcc/3.
Tụ C tiếp tục “XẢ” từ điện áp 2Vcc/3 –> Vcc/3:
+ Lúc này, V+1 < V-1. Do đó O1 = 0.
+ V+2 < V-2. Do đó O2 = 0.
+ R = 0, S = 0 –> Q, /Q sẽ giứ trạng thái trước đó (Q=0, /Q=1).
Transistor vẫn dẫn !
Tụ C xả qua ngưỡng Vcc/3:
+ Lúc này V+1 > V-1. Do đó O1 = 1.
+ V+2 < V-2 (V-2 = 2Vcc/3). Do đó O2 = 0.
+ R = 0, S = 1 –> Q = 1, /Q (Q đảo) = 0.
+ Q = 1 –> Ngõ ra = 1.
+ /Q = 0 –> Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và tụ C lại được nạp
điện với điện áp ban đầu là Vcc/3.
Quá trình lại lặp lại.
Kết quả: Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ ổn định
Nhận xét:
– Vậy, trong quá trình hoạt động b.nh thường của 555, điện áp trên tụ C chỉ
dao động quanh điện áp Vcc/3 -> 2Vcc/3.
– Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp ban đầu là Vcc/3, và kết thúc nạp ở
thời điểm điện áp trên C bằng 2Vcc/3.Nạp điện với thời hằng là (Ra+Rb)C.
– Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp ban đầu là 2Vcc/3, và kết thúc xả ở
thời điểm điện áp trên C bằng Vcc/3. Xả điện với thời hằng là Rb.C.
– Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời gian nạp điện, mức 0 là xả điện.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp tính
1.2.2
Nguyên lí mạch tích phân:
Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra Vo(t) tỉ lệ với tích phân theo thời gian
của điện áp vào Vi(t):
Vo(t) = K
Trong đó K là hệ số tỉ lệ.
Mạch tích phân dùng RC:
R
+
Vo
C
Mạch tích phân RC chính là mạch lọc thông thấp RC khi tín hiệu vào có tần
số fi rất lớn so với tần số cắt fc của mạch.
Trở kháng của mạch là Z= = R
Fc = 1/2 là tần số cắt của mạch.
Dòng điện trong mạch: i(t)=
Điện áp lối ra trên tụ là: Vo (t)=== Vi (t)dt
Điện áp lối ra thay đổi khoảng thời gian là:
Vo(t)=
Từ điều kiện tần số fi rất lớn so với tần số fc ta có:
fi>> fc = 1/2
RC >> 1/2πfi
là hằng số thời gian của mạch khi đó =Ti, trong đó Ti là tín hiệu lối vào.
Với điều kiện như trên thì tổng trở mạch Z khi đó tín hiệu lối ra của mạch:
Vo(t)= với k=1/RC.
Khi tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tích phân của tín hiệu
lối vào tương ứng dạng xung phóng nập cho tụ.
Khi điện áp và là tín hiệu xung vuông có chu kỳ Ti thì có thể xét tỉ lệ hằng số thời
gian = RC so với Ti để giải thích các dạng sóng theo hiện tượng nạp xả tụ.
Giả sử điện áp vào là tín hiệu xung vuông đối xứng có chu kì Ti:
Nếu mạch tích phân có hằng số thời gian = Ti/5 thì nạp và xả điện áp theo hàm số
mũ. Tín hiệu thu được là xung răng cưa.
1.2.3
Sơ
Mạch nguồn nuôi:
đồ khối:
Máy biến
áp
•
Mạch
chỉnh lưu
Mạch ổn
áp
Mạch lọc
Máy biến áp:
I1
U1
I2
U2
U2/U1 = N2/N1
Ta chọn mấy biến áp có: U1=220 V, U2=12V.
Mạch chỉnh lưu:
Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ (mạch chỉnh lưu cầu )
•
•
Mạch lọc:
C1
C2
Lọc bằng tụ:
Tính toán hệ số đập mạch Kp=2/(ωCRt)
Chọn tụ c=c1//c2
Với C1=2200uf ( chức năng làm kho chứa điện)
C2=1uf( chức năng lọc nhiễu)
ω=2πf=2π x 50 =100π
Kp=2/(100π x 2200×10-6 xRt)
•
Mạch ổn áp:
In
Uv
Out
GND
Ur
Mạch hoàn chỉnh:
•
IC 7812
220V AC
9V DC
C1
C2
Trong đó:
C1=
C2=
1.2.4
Mạch dao động điều hòa:
Mạch dao động điều hòa làm việc theo sơ đồ sau:
A
+
Vout
Mạch khuếch đại
B
Mạch dao động điều hòa gồm hai khối: khối khuếch đại có hệ số khuếch đại là A
và khối phản hồi có hệ số phản hồiMạch
là B. phản
Điều kiện để duy trì dao động: A.B=1
và
; hồi tiếp dương.
Trong đó:
A – hệ số khuếch đại vòng hở
B – hệ số hồi tiếp
– góc di pha của bộ khuếch đại
– góc di pha của mạch hồi tiếp
Điều kiện cân bằng biên độ: A.B=1: mạch chỉ có thể dao động khi hệ số khuếch
đại cảu bộ khuếch đại có thể bù được tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra.
Điều kiện cân bằng pha: : dao động chỉ có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp về
đồng pha với tín hiệu ban đầu hồi tiếp dương.
–
Chất lượng tín hiệu ra:
Ổn định tần sô:
Chọn trị số điện áp nguồn nuôi thích hợp.
Điểm làm việc phù hợp của bộ khuếch đại.
Dùng mạch hồi tiếp phi tuyến hoặc phần tử hiêu chỉnh.
–
Ổn định tần số:
Dùng nguồn ổn áp.
Dùng các phầ tử có hệ số khuếch đại nhỏ.
Dùng các linh kiện có sai số nhỏ và có độ ổn định nhiệt cao.
Cách li đầu ra với tải: dùng mạch cách li, mạch đệm.
–
Dạng sóng sin chuẩn:
Tín hiệu ra = tín hiệu tần số cơ bản + hài
Lọc sóng hài bằng mạch lọc: lọc thông thấp, lọc dài thông..
Mạch dao động sin ghép RC:
Mạch tạo dao động cầu wien:
Từ mạch điện ta có :
Hệ số hồi tiếp :
=
Thay vào :
Khi = =R, = = C thì :
Để mạch dao dộng được thì :
Hay:
=0
Và 3
Nên K = 3
Thay ta được
Để mạch tạo dao động được cần chọn
Mạch dao động dao động điều hòa:
Để xét nguyên lý làm việc của mạch tạo dao động dùng sơ đồ khối hình
bên.
Trong đó (1) là khối khuếch đại có hệ số khuếch đại K=k.ejk và (2) là
khối hồi tiếp có hệ số truyền đạt Kht=Khtej. Nếu đặt tín hiệu Xv và giả
thuyết KKht=1 thì X’r=Xv và X’r=KKhtXv.
Vậy tín hiệu vào của mạch khuếch đại Xv và tín hiệu ra của mạch hồi
tiếp X’r bằng nhau cả về biên độ nên có thể nối đầu a và a’ với nhau mà
tín hiệu vẫn không thay đổi.
Lúc nà ta có sơ đồ khối của mạch tạo dao động làm việc theo nguyên
tắc hồi tiếp.
Trong sơ đồ này, chỉ có tần số của nó thỏa mãn điều kiện:
KKht=1
Vì K và Kht đều là những số phức nên (1) có thể viết lại như sau:
KKht=Kkhte=1,
Trong đó:
K là modun hệ số khuếch đại;
Kht là modun hệ số hồi tiếp;
Là góc di pha của bộ khuếch đại;
Là góc di pha của mạch hồi tiếp.
Có thể tách biểu thức (2) thành hai biêu thức: một biểu thức theo
modun, một biểu thức viết theo pha:
KKht=1;
K+ht=2n với n=..
Chương II: Thiết kế mạch nguyên lí và mô
phỏng mạch.
2.1. Thiết kế mạch nguyên lí:
2.1.1 Mạch tạo xung vuông dùng IC NE555:
Cách mắc các chân của IC 555:
Chân 1: ta cho nối mass để lấy dòng.
Chân 2:
Chân 3: là chân tín hiệu đầu ra.
Chân 4: nối vào nguồn Vcc. Khi đó chân 4 ở mức cao thì trạng thái ngõ ra
tùy theo theo mức áp chân 2 và chân 6.
Chân 5: nối xuống GND thông qua tụ từ 0.01uF tới 0.1uF để lọc nhiễu và
giữ cho điên áp chuẩn được ổn định.
Chân 7:
Chân 8: nối vào Vcc để cung cấp nguồn cho mạch.
2.1.2 Mạch tích phân RC:
nhau : Khác nhau về nguyên tắc cấu trúc, nguyên tắc làmviệc cũng như những thamsố. Tổ hợp những chiêu thức, những thiết bị để tạo và biến hóa dạng xung, để biểu thịvà chọn xung gọi là kỹ thuật xung. Tác dụng sinh lý của những dòng điện xung : Tác dụng kích thích : nhờ vào sự lên xuống của cường độ xung ( độ dốc lên xuốngcàng dựng đứng bao nhiêu thì kích thích càng mạnh ). Tác dụng ức chế cảm xúc và giảm trương lực cơ : tính năng này đến nhanh khi tầnsố xung lớn hơn 60H z. Tần số gây ức chế tốt nhất là 100 – 150H z. Từ những tính năng chung nhất nêu trên, do đặc thù về hình thể, cường độ và tầnsố xung của những dòng điện xung mà : Dòng Faradic ( xung gai nhọn, Hz : 100 ) : đa phần tính năng kích thích mạnh. Tuynhiên nếu dùng lâu thì gây ức chế. Dòng Leduc ( xung hình chữ nhật, Hz : 100 – 1000 ) : tùy tần số, thời hạn xung, thờigian nghỉ mà có công dụng hưng phấn hay ức chế mạnh hơn. Dòng Lapicque ( xung hình lưỡi cày, độ dốc lên xuống thoai thoải ) : ứng dụng tốtvới những trường hợp cơ và thần kinh đã bị thương tổn. Dòng Bernard ( xung hình sin ; 50 – 100H z ) : ứng dụng tốt cho những trường hợp cơvà thần kinh bị thương tổn. Tuy nhiên dòng 50H z có công dụng kích thích trội hơn, dòng 100H z có tính năng ức chế trội hơn. Tác dụng điện phân của dòng Bernardcũng mạnh. Dòng giao thoa trong thực tiễn có tần số từ 10 – 100H z phátsinh ra trong tổ chức triển khai ở sâu : nóchỉ tính năng đến những bộ phận ở sâu, không tính năng trên cảm xúc mặt phẳng da nêncó thể tăng cường mức độ đến mức gây co cơ ở sâu mà bệnh nhân hoàn toàn có thể chịu được dễdàng. Tác dụng ức chế hay hưng phấn tùy tần số. Các thiết bị xung được ứng dụng thoáng rộng trong nhiều nghành nghề dịch vụ khoa học kỹ thuậthiện đại như : tin tức, điều khiển và tinh chỉnh, ra đa, vô tuyến truyền hình, máy tính điện tử, điện tử ứng dụng. Ứng dụng IC555 : Ứng dụng của 555 là rất lớn, ngoài ứng dụng hay dùng làmạch phát xung nó còn dùng đểđ o điện dung. Điện dung hoặc cảmbiến dạng điệndung được nối vào mạch, khi biến hóa sẽ làm tần số đầu ra biến hóa. Việc đo tần sốvới vi điều khiển và tinh chỉnh thì đơn thuần rồi. Khi sử dụng cách này, cần phải có điện trở thậtchính xác … để tránh sai số. Ngoài ra IC555 còn có nhiều ứng dụng trong thực tếnhư : dùng làm mạch cho khởi động trễ, mạch phát ra âm thanh, điều chế xung, dùng để đo vận tốc quay của máy hát đĩa, dùng trong thiết bị chống trộm và tia hồngngoại … …. 1.2. Nguyên lí hoạt động giải trí của mạch : Sơ đồ khối. Mạch nguồn nuôiMạch tạo dao độngdùng IC555Mạch tích phânMạch giao động cầuwienMạch giao động thì cũng là một mạch điện như mọi mạch điện khác nhưngnó sử dụng những linh phụ kiện để phát ra tín hiệu xung xê dịch đơn cử. Có nhiều dạngtín hiệu xung được phát ra từ mạch giao động, như xung sine, xung vuông, xungtam giác, hoặc là một dạng khó hơn như là xung hàm mũ hay hàm log …. Mạch giao động điều hòa là mạch tạo tín hiệu hình sin. Tín hiệu hình sin được xem là một tín hiệu tiêu biểu vượt trội cho loại tín hiệu liên tục. Vớitín hiệu này hoàn toàn có thể xác định biên độ của nó tại từng thời gian. Mạch tạo xung là mạch tạo tín hiệu xung vuông, tam giác, răng cưa … Tín hiệu hình vuông vắn được xem là một tín hiệu tiêu biểu vượt trội cho loại tín hiệu giánđoạn. Với tín hiệu này thì biên độ của nó chỉ có hai giá trị là mức cao ( High ) vàmức thấp ( Low ), thời hạn để chuyển từ mức biên độ thấp lên biên độ cao hay từbiên độ cao xuống biên độ thấp là rất ngắn và được xem như tức thời. Tín hiệuvuông được dùng để kích thích mạch số. Xung răng cưa cũng là một loại xung gián đoạn. Tín hiệu xung răng cưa dùng đểthử mạch. 1.2.1. Nguyên lí hoạt động giải trí của mạch tạo xung vuông dùng IC555 : IC 555 là một trong những IC thông dụng khi bạn đi theo con đường điện tử. Đây là vi mạch định thời hạn tiên phong và đến nay vẫn còn được phổ cập cho đếnnay. Ngõ ra của 555 sẽ tạo ra một xung vuông mà tất cả chúng ta hay dùng để kích chânclock những IC khác. Phương pháp tạo xung clock dùng 555 được cho là đơn thuần vàchuẩn xác hơn những cách khác như dùng Transistor, Opamp … IC 555 dòng NELý do chọn 555 : 555 rất thông dụng. Mạch tạo xung dùng IC này rất dễ làm, dễ lý giải, dễ hiểu nguyên tắc làmviệc của nó. Sơ đồ chân : + Chân số 1 ( GND ) : cho nối GND để lấy dòng cấp cho IC hay chân còn gọi làchân chung. + Chân số 2 ( TRIGGER ) : Đây là chân đầu vào thấp hơn điện áp so sánh và đượcdùng như 1 chân chốt hay ngõ vào của 1 tần so áp. Mạch so sánh ở đây dùng cáctransitor PNP với mức điện áp chuẩn là 2/3 Vcc. + Chân số 3 ( OUTPUT ) : Chân này là chân dùng để lấy tín hiệu ra logic. Trạng tháicủa tín hiệu ra được xác lập theo mức 0 và 1. 1 ở đây là mức cao nó tương ứngvới gần bằng Vcc nếu ( PWM = 100 % ) và mức 0 tương tự với 0V nhưng màtrong trong thực tiễn mức 0 này ko được 0V mà nó trong khoảng chừng từ ( 0.35 -> 0.75 V ). + Chân số 4 ( RESET ) : Dùng lập định mức trạng thái ra. Khi chân số 4 nối massethì ngõ ra ở mức thấp. Còn khi chân 4 nối vào mức áp cao thì trạng thái ngõ ra tùytheo mức áp trên chân 2 và 6. Nhưng mà trong mạch để tạo được giao động thườnghay nối chân này lên VCC. + Chân số 5 ( CONTROL VOLTAGE ) : Dùng làm biến hóa mức áp chuẩn trongIC 555 theo những mức biến áp ngoài hay dùng những điện trở ngoài cho nối GND.Chân này hoàn toàn có thể không nối cũng được nhưng mà để giảm trừ nhiễu người tathường nối chân số 5 xuống GND trải qua tụ điện từ 0.01 uF đến 0.1 uF những tụnày lọc nhiễu và giữ cho điện áp chuẩn được không thay đổi. + Chân số 6 ( THRESHOLD ) : là một trong những chân đầu vào so sánh điện ápkhác và cũng được dùng như 1 chân chốt. + Chân số 7 ( DISCHAGER ) : hoàn toàn có thể xem chân này như 1 khóa điện tử và chịuđiều khiển bỡi tầng logic của chân 3. Khi chân 3 ở mức áp thấp thì khóa này đónglại. ngược lại thì nó mở ra. Chân 7 tự nạp xả điện cho 1 mạch R-C lúc IC 555 dùngnhư 1 tầng giao động. + Chân số 8 ( Vcc ) : Không cần nói cũng bít đó là chân phân phối áp và dòng cho IChoạt động. Không có chân này coi như ICchết. Nó được cấp điện áp từ 2V — > 18V ( Tùy từng loại 555 thấp nhất là conNE7555 ) Cấu tạo : Nhìn trên sơ đồ cấu trúc trên ta thấycấu trúc của 555 gồm : 2 con OPAM, 3 con điện trở, 1 transitor, 1 FF ( ở đây làFF RS ) : – 2 OP-amp có công dụng so sánh điện áp – Transistor để xả điện. – Bên trong gồm 3 điện trở mắc nối tiếpchia điện áp VCC thành 3 phần. Cấu tạonày tạo nên điện áp chuẩn. Điện áp 1/3 VCC nối vào chân dương của Op-amp 1 và điện áp 2/3 VCC nối vào chân âm củaOp-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. Sơ đồ mạch đẳng hiệu của IC555 : Giải thích sự giao động : Kí hiệu 0 là mức thấp ( L ) bằng 0V, 1 là mức cao ( H ) gần bằngVCC. 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 = [ 1 ] và Q. = [ 0 ]. Tóm lại, khi S = [ 1 ] thì Q. = [ 1 ] và khi R = [ 1 ] thì Q. = [ 0 ] chính do Q. – = [ 1 ], transisitor mở dẫn, cực C nối đất. Cho nên điện áp không nạp vào tụ C, điện áp ởchân 6 không vượt quá V2. Do lối ra của Op-amp 2 ở mức 0, FF không reset. Khimới đóng mạch, tụ C nạp qua Ra, Rb, với thời hằng ( Ra + Rb ) C.Tụ C nạp từ điện áp 0V -> Vcc / 3 : + Lúc này V + 1 ( V + của Opamp1 ) > V-1. Do đó O1 ( ngõ ra của Opamp1 ) có mứclogic 1 ( H ). + V + 2 < V-2 ( V-2 = 2V cc / 3 ). Do đó O2 = 0 ( L ). + R = 0, S = 1 -- > Q. = 1, / Q. ( Q đảo ) = 0. + Q. = 1 — > Ng. ra = 1. + / Q. = 0 — > Transistor hồi tiếp không dẫn. Tụ C tiếp tụ nạp từ điện áp Vcc / 3 -> 2V cc / 3 : + Lúc này, V + 1 < V-1. Do đó O1 = 0. + V + 2 < V-2. Do đó O2 = 0. + R = 0, S = 0 -- > Q., / Q. sẽ giứ trạng thái trước đó ( Q = 1, / Q. = 0 ). Transistor vẫn ko dẫn ! Tụ C nạp qua ngưỡng 2V cc / 3 : + Lúc này, V + 1 < V-1. Do đó O1 = 0. + V + 2 > V-2. Do đó O2 = 1. + R = 1, S = 0 — > Q = 0, / Q. = 1. + Q = 0 — > Ng. 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 C xả, làm cho điện áp tụ C nhảy xuống dưới2Vcc / 3. Tụ C liên tục ” XẢ ” từ điện áp 2V cc / 3 — > Vcc / 3 : + Lúc này, V + 1 < V-1. Do đó O1 = 0. + V + 2 < V-2. Do đó O2 = 0. + R = 0, S = 0 -- > Q., / Q. sẽ giứ trạng thái trước đó ( Q = 0, / Q. = 1 ). Transistor vẫn dẫn ! Tụ C xả qua ngưỡng Vcc / 3 : + Lúc này V + 1 > V-1. Do đó O1 = 1. + V + 2 < V-2 ( V-2 = 2V cc / 3 ). Do đó O2 = 0. + R = 0, S = 1 -- > Q. = 1, / Q. ( Q đảo ) = 0. + Q. = 1 — > Ngõ ra = 1. + / Q. = 0 — > Transistor không dẫn -> chân 7 không = 0V nữa và tụ C lại được nạpđiện với điện áp khởi đầu là Vcc / 3. Quá trình lại lặp lại. Kết quả : Ngõ ra OUT có tín hiệu dao động dạng sóng vuông, có chu kỳ luân hồi ổn địnhNhận xét : – Vậy, trong quy trình hoạt động giải trí b.nh thường của 555, điện áp trên tụ C chỉdao động quanh điện áp Vcc / 3 -> 2V cc / 3. – Khi nạp điện, tụ C nạp điện với điện áp khởi đầu là Vcc / 3, và kết thúc nạp ởthời điểm điện áp trên C bằng 2V cc / 3. Nạp điện với thời hằng là ( Ra + Rb ) C. – Khi xả điện, tụ C xả điện với điện áp bắt đầu là 2V cc / 3, và kết thúc xả ởthời điểm điện áp trên C bằng Vcc / 3. Xả điện với thời hằng là Rb. C. – Thời gian mức 1 ở ngõ ra chính là thời hạn nạp điện, mức 0 là xả điện. Cơ sở kim chỉ nan và giải pháp tính1. 2.2 Nguyên lí mạch tích phân : Mạch tích phân là mạch mà điện áp ra Vo ( t ) tỉ lệ với tích phân theo thời giancủa điện áp vào Vi ( t ) : Vo ( t ) = KTrong đó K là thông số tỉ lệ. Mạch tích phân dùng RC : VoMạch tích phân RC chính là mạch lọc thông thấp RC khi tín hiệu vào có tầnsố fi rất lớn so với tần số cắt fc của mạch. Trở kháng của mạch là Z = = RFc = 50% là tần số cắt của mạch. Dòng điện trong mạch : i ( t ) = Điện áp lối ra trên tụ là : Vo ( t ) = = = Vi ( t ) dtĐiện áp lối ra biến hóa khoảng chừng thời hạn là : Vo ( t ) = Từ điều kiện kèm theo tần số fi rất lớn so với tần số fc ta có : fi >> fc = 50% RC >> 50% πfilà hằng số thời hạn của mạch khi đó = Ti, trong đó Ti là tín hiệu lối vào. Với điều kiện kèm theo như trên thì tổng trở mạch Z khi đó tín hiệu lối ra của mạch : Vo ( t ) = với k = 1 / RC.Khi tín hiệu lối vào là xung vuông thì tín hiệu lối ra là xung tích phân của tín hiệulối vào tương ứng dạng xung phóng nập cho tụ. Khi điện áp và là tín hiệu xung vuông có chu kỳ luân hồi Ti thì hoàn toàn có thể xét tỉ lệ hằng số thờigian = RC so với Ti để lý giải những dạng sóng theo hiện tượng kỳ lạ nạp xả tụ. Giả sử điện áp vào là tín hiệu xung vuông đối xứng có chu kì Ti : Nếu mạch tích phân có hằng số thời hạn = Ti / 5 thì nạp và xả điện áp theo hàm sốmũ. Tín hiệu thu được là xung răng cưa. 1.2.3 SơMạch nguồn nuôi : đồ khối : Máy biếnápMạchchỉnh lưuMạch ổnápMạch lọcMáy biến áp : I1U1I2U2U2 / U1 = N2 / N1Ta chọn mấy biến áp có : U1 = 220 V, U2 = 12V. Mạch chỉnh lưu : Mạch chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ luân hồi ( mạch chỉnh lưu cầu ) Mạch lọc : C1C2Lọc bằng tụ : Tính toán thông số đập mạch Kp = 2 / ( ωCRt ) Chọn tụ c = c1 / / c2Với C1 = 2200 uf ( tính năng làm kho chứa điện ) C2 = 1 uf ( tính năng lọc nhiễu ) ω = 2 πf = 2 π x 50 = 100 πKp = 2 / ( 100 π x 2200×10 – 6 xRt ) Mạch ổn áp : InUvOutGNDUrMạch hoàn hảo : IC 7812220V AC9V DCC1C2Trong đó : C1 = C2 = 1.2.4 Mạch giao động điều hòa : Mạch xê dịch điều hòa thao tác theo sơ đồ sau : VoutMạch khuếch đạiMạch giao động điều hòa gồm hai khối : khối khuếch đại có thông số khuếch đại là Avà khối phản hồi có thông số phản hồiMạchlà B. phảnĐiều kiện để duy trì xê dịch : A.B = 1 và ; hồi tiếp dương. Trong đó : A – thông số khuếch đại vòng hởB – thông số hồi tiếp – góc di pha của bộ khuếch đại – góc di pha của mạch hồi tiếpĐiều kiện cân đối biên độ : A.B = 1 : mạch chỉ hoàn toàn có thể xê dịch khi thông số khuếchđại cảu bộ khuếch đại hoàn toàn có thể bù được tổn hao do mạch hồi tiếp gây ra. Điều kiện cân đối pha : : giao động chỉ hoàn toàn có thể phát sinh khi tín hiệu hồi tiếp vềđồng pha với tín hiệu khởi đầu hồi tiếp dương. Chất lượng tín hiệu ra : Ổn định tần sô : Chọn trị số điện áp nguồn nuôi thích hợp. Điểm thao tác tương thích của bộ khuếch đại. Dùng mạch hồi tiếp phi tuyến hoặc thành phần hiêu chỉnh. Ổn định tần số : Dùng nguồn ổn áp. Dùng những phầ tử có thông số khuếch đại nhỏ. Dùng những linh phụ kiện có sai số nhỏ và có độ không thay đổi nhiệt cao. Cách li đầu ra với tải : dùng mạch cách li, mạch đệm. Dạng sóng sin chuẩn : Tín hiệu ra = tín hiệu tần số cơ bản + hàiLọc sóng hài bằng mạch lọc : lọc thông thấp, lọc dài thông .. Mạch xê dịch sin ghép RC : Mạch tạo xê dịch cầu wien : Từ mạch điện ta có : Hệ số hồi tiếp : Thay vào : Khi = = R, = = C thì : Để mạch dao dộng được thì : Hay : = 0V à 3N ên K = 3T hay ta đượcĐể mạch tạo giao động được cần chọnMạch giao động giao động điều hòa : Để xét nguyên tắc thao tác của mạch tạo xê dịch dùng sơ đồ khối hìnhbên. Trong đó ( 1 ) là khối khuếch đại có thông số khuếch đại K = k.ejk và ( 2 ) làkhối hồi tiếp có thông số truyền đạt Kht = Khtej. Nếu đặt tín hiệu Xv và giảthuyết KKht = 1 thì X’r = Xv và X’r = KKhtXv. Vậy tín hiệu vào của mạch khuếch đại Xv và tín hiệu ra của mạch hồitiếp X’r bằng nhau cả về biên độ nên hoàn toàn có thể nối đầu a và a ’ với nhau màtín hiệu vẫn không đổi khác. Lúc nà ta có sơ đồ khối của mạch tạo xê dịch thao tác theo nguyêntắc hồi tiếp. Trong sơ đồ này, chỉ có tần số của nó thỏa mãn nhu cầu điều kiện kèm theo : KKht = 1V ì K và Kht đều là những số phức nên ( 1 ) hoàn toàn có thể viết lại như sau : KKht = Kkhte = 1, Trong đó : K là modun thông số khuếch đại ; Kht là modun thông số hồi tiếp ; Là góc di pha của bộ khuếch đại ; Là góc di pha của mạch hồi tiếp. Có thể tách biểu thức ( 2 ) thành hai biêu thức : một biểu thức theomodun, một biểu thức viết theo pha : KKht = 1 ; K + ht = 2 n với n = .. Chương II : Thiết kế mạch nguyên lí và môphỏng mạch. 2.1. Thiết kế mạch nguyên lí : 2.1.1 Mạch tạo xung vuông dùng IC NE555 : Cách mắc những chân của IC 555 : Chân 1 : ta cho nối mass để lấy dòng. Chân 2 : Chân 3 : là chân tín hiệu đầu ra. Chân 4 : nối vào nguồn Vcc. Khi đó chân 4 ở mức cao thì trạng thái ngõ ratùy theo theo mức áp chân 2 và chân 6. Chân 5 : nối xuống GND trải qua tụ từ 0.01 uF tới 0.1 uF để lọc nhiễu vàgiữ cho điên áp chuẩn được không thay đổi. Chân 7 : Chân 8 : nối vào Vcc để cung ứng nguồn cho mạch. 2.1.2 Mạch tích phân RC :
