Bài giảng Điện tử số - Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung - Nguyễn Trung Hiếu

Bài giảng Điện tử sốV1.0 140
Nội dung
Chương 1: Hệ đếm
Chương 2: Đại số Boole và các phương pháp biểu diễn hàm
Chương 3: Cổng logic TTL và CMOS
Chương 4: Mạch logic tổ hợp
Chương 5: Mạch logic tuần tự
 Chương 6: Mạch phát xung và tạo dạng xung
Chương 7: Bộ nhớ bán dẫn
Bài giảng Điện tử sốV1.0 141
Mạch phát xung và tạo dạng
xung
Bài giảng Điện tử sốV1.0 142
Nội dung
 Mạch phát xung
 Mạch dao động đa hài cơ bản cổng NAND TTL
 Mạch dao động đa hài vòng RC
 Mạch dao động đa hài thạch anh
 Mạch dao động đa hài CMOS
 Trigơ Schmit
 Mạch đa hài đợi
 Mạch đa hài đợi CMOS
 Mạch đa hài đợi TTL
 IC định thời
Bài giảng Điện tử sốV1.0 143
Mạch phát xung
 Mạch dao động đa hài cơ bản cổng NAND TTL
 Mạch dao động đa hài vòng RC
 Mạch dao động đa hài thạch anh
 Mạch dao động đa hài CMOS
Bài giảng Điện tử sốV1.0 144
Mạch dao động đa hài cơ bản cổng NAND TTL (1)
 Cổng NAND khi làm việc trong vùng chuyển tiếp có thể k.đại mạnh tín hiệu đầu vào. 2 
cổng NAND được ghép điện dung thành mạch vòng thì có bộ dao động đa hài. VK là đầu
vào điều khiển, khi ở mức cao mạch phát xung, và khi ở mức thấp mạch ngừng phát. 
 Nếu các cổng I và II thiết lập điểm công tác tĩnh trong
vùng chuyển tiếp và VK = 1, thì mạch sẽ phát xung khi
được nối nguồn.
 Nguyên tắc làm việc của mạch:
 Giả sử do tác động của nhiễu làm cho Vi1 tăng một chút, lập
tức xuất hiện quá trình phản hồi dương (hình 6.2a). Cổng I 
nhanh chóng trở thành thông bão hoà, cổng II nhanh chóng
ngắt, mạch bước vào trạng thái tạm ổn định. Lúc này, C1 nạp
điện và C2 phóng điện.
 C1 nạp đến khi Vi2 tăng đến ngưỡng thông VT, trong mạch
xuất hiện quá trình phản hồi dương (hình 6.2b). Cổng I 
nhanh chóng ngắt còn cổng II thông bão hoà, mạch điện
bước vào trang thái tạm ổn định mới. Lúc này C2 nạp điện
còn C1 phóng cho đến khi Vi1 bằng ngưỡng thông VT làm
xuất hiện quá trình phản hồi dương đưa mạch về trạng thái
ổn định ban đầu.
 Mạch không ngừng dao động.
Hình 6.1
Hình 6.2a
Hình 6.2b
Bài giảng Điện tử sốV1.0 145
Mạch dao động đa hài cơ bản cổng NAND TTL (2)
 Giả sử do tác động của nhiễu làm cho Vi1 tăng một chút, 
lập tức xuất hiện quá trình phản hồi dương (hình 6.2a). 
Cổng I nhanh chóng trở thành thông bão hoà, cổng II 
nhanh chóng ngắt, mạch bước vào trạng thái tạm ổn
định. Lúc này, C1 nạp điện và C2 phóng điện.
 C1 nạp đến khi Vi2 tăng đến ngưỡng thông VT, trong
mạch xuất hiện quá trình phản hồi dương (hình 6.2b). 
Cổng I nhanh chóng ngắt còn cổng II thông bão hoà, 
mạch điện bước vào trang thái tạm ổn định mới. Lúc
này C2 nạp điện còn C1 phóng cho đến khi Vi1 bằng
ngưỡng thông VT làm xuất hiện quá trình phản hồi
dương đưa mạch về trạng thái ổn định ban đầu.
 Mạch không ngừng dao động.
Hình 6.3
Hình 6.2a
Hình 6.2b
Bài giảng Điện tử sốV1.0 146
Mạch dao động đa hài thạch anh
 Để có các tín hiệu đồng hồ có tần số chính xác và có độ ổn định cao, các
mạch đa hài trình bày trên đây không đáp ứng được. Tinh thể thạch anh
thường được sử dụng trong các trường hợp này. Thạch anh có tính ổn
định tần số tốt, hệ số phẩm chất rất cao dẫn đến tính chọn lọc tần số rất
cao.
 Hình dưới là một mạch dao động đa hài điển hình sử dụng tinh thể thạch
anh. Tần số của mạch dao động chỉ phụ thuộc vào tinh thể thạch anh mà
không phụ thuộc vào giá trị các tụ điện và điện trở trong mạch
Bài giảng Điện tử sốV1.0 147
Trigơ Schmit
 Xem giáo trình
Bài giảng Điện tử sốV1.0 148
Mạch đa hài đợi
 Xem giáo trình
Bài giảng Điện tử sốV1.0 149
IC định thời (1)
48
R
5
R
+
-
+
-
3
S
R1Q1
R
R
6
2
7
1
Mạch điện IC 555.
Bài giảng Điện tử sốV1.0 150
Tạo mạch đơn ổn
 Khi chân 2 nhận kích thích (nối đất), ta thấy S~ sẽ lập Q 
lên 1 và xung sẽ xuất hiện ở lối ra 3. Lúc này, Q~ = 0 nên
Q1 khóa. Tụ C nạp điện. Khi điện thế trên tụ (chân 6) vượt
quá 2/3Vcc thì R~ = 0, do đó Q~ = 1. Xung lỗi ra kết thúc, 
Q1 thông và tụ C phóng rất nhanh qua Q1. Trạng thái này
giữ nguyên cho tới xung kích thích sau (nên chọn R1 lớn
để không nóng transistor Q1)
 Độ rộng xung ra được tính theo công thức: T = 1,1RC
 Tụ C1 thường chọn bằng 0,1uF và có chức năng là tụ lọc
để hạn chế nhiễu do nguồn nuôi gây ra.
Điện thế trên tụ
C
Kích
thích
2/3Vcc
Xung ra
Vào
+Vcc
8
R
Ra3
4
6
7
512
+
C1
555
C-
48
R
5
R
+
-
+
-
3
S
R1Q1
R
R
6
2
7
1
Bài giảng Điện tử sốV1.0 151
Tạo mạch dao động đa hài
 Chân 2, 6 và tụ C được nối với nhau, nên điện thế
trên tụ sẽ điều khiển đồng thời cả hai bộ so áp. Nếu
điện thế này vượt quá mức ngưỡng 2/3Vcc, thì xung
trên đầu ra của TG sẽ bị xoá. Ngược lại, khi tụ
phóng xuống dưới mức 1/3 Vcc thì xung ra lại được
lập. Quá trình này sẽ tiếp diễn và cho một chuỗi xung
ở lối ra.
 Chu kì của dao động sẽ là:
T = TN + TP
 TN là thời gian nạp và được tính theo công thức:
TN = 0,7C (R1+ R2)
 TP thời gian phóng và bằng:
TP = 0,7.C.R2
 Như vậy: T = 0,7C (R1+ 2R2)
48
R
5
R
+
-
+
-
3
S
R1Q1
R
R
6
2
7
1
+Vcc
8
R1
Ra3
4
7
6
512
+
C1
555
C-
R2
Xung ra
Điện
thế trên
tụ C
1/3VCC
2/3VCC
0
VCC
Bài giảng Điện tử sốV1.0 152
Tạo mạch dao động – xung vuông
 Các biểu thức trên chỉ ra rằng dãy xung
ra chỉ vuông đều khi TN và TP bằng
nhau, nghĩa là R1 = 0. Điều này không
thực tế, vì lúc đó cực C của Q1 nối trực
tiếp với Vcc. Khi Q1 dẫn điện xem như
nguồn Vcc bị ngắn mạch. Có thể cân
bằng TN và TP bằng các diode phụ như
chỉ ở hình bên.
 Tần số dao động của chuỗi xung ra là:
 Với R1 = R2 = R thì (có Diod):
48
R
5
R
+
-
+
-
3
S
R1Q1
R
R
6
2
7
1
Hình 6.
+Vcc
R1
Ra
+
C1C-
R2
8
7
6
12
3
4
5
555
D2
D1
 1 2
1,4
2
f
C R R
0,7f
CR
Bài giảng Điện tử sốV1.0 153
Câu hỏi