Giáo trình môn Kỹ thuật điện tử

chọn chế độ hoạt động, chân M2 nên ở mức thấp
M3 – Lặp
Tự động phát lại liên tục một thông điệp từ địa chỉ bắt đầu của bộ nhớ. Một thông điệp có thể phủ đầy bộ nhớ và được lặp lại từ đầu đến cuối mà OVF không xuống mức thấp
M4 – Định địa chỉ liên tiếp
Khi hoạt động bình thường, con trỏ địa chỉ sẽ reset khi thông điệp được phát lại đến điểm đanh dấu EOM, Chế độ M4 ngăn con trỏ địa chỉ bị reset tại EOM và cho phép phát lại liên tiếp các thông điệp.
M5 - CE tác động mức
Chế độ mặc định của ISD2500 là chân CE tác động cạnh khi phát và tác động mức khi thu. Chế độ M5 sẽ chuyển chân CE sang tác động mức khi phát.
Điều này đặc biệt hửu dụng khi muốn kết thúc quá trình phát lại bằng tín hiệu CE Ở chế độ này, chu kỳ phát được bắt đầu khi CE xuống thấp tại vị trí bắt đầu của bộ nhớ. Chu kỳ phát tiếp tục khi CE vẫn còn ở mức thấp và lập tức chấm dứt khi CE lênmức cao. Một mức thấp mới của CE sẽ khởi động lại thông điệp từ vị trí bắt đầu trừ khiM4 cũng ở mức cao.
M6 – Chế độ nút nhấn
Họ ISD2500 được cấu hình làm việc ở chế độ nút nhấn trong các ứng dụng giá rẻ và yêu cầu số lượng linh kiện ngoài tối thiểu. Chế độ này được chọn khi hai bít MSB ởmức cao và chân M6 cũng phải ở mức cao. Thiết bị luôn trở về trạng thái giảm nguồn tạivị trí kết thúc chu kỳ ghi cũng như phát sau khi CE lên mức cao
Khi làm việc ở chế độ này chức năng một số chân trên thiết bị có thay đổi Chân Chức năng thay đổi ở chế độ nút nhấn
CE Nút nhấn start/pause (tác động cạnh xuống)
PD Nút nhấn stop/reset (tác động cạnh lên)
EOM Mức cao báo hoạt động
Hình 5.26 Chân có chức năng thay đổi ở chế độ nút nhấn
CE (start/pause)
Trong chế độ nút nhấn, CE hoạt động như một tín hiệu tác động tại sườn xuống, nếu không có một thao tác nào đang được thực thi, sườn xuống tại chân này sẽ khởiđộng chu kỳ ghi hoặc phát tùy thuộc vào mức điện áp tại chân P/R . Một xung tiếp theosau trước khi đến vị trí kết thúc thông điệp trong khi phát hoặc xảy ra tràn sẽ làm cho thiếtbị tạm dừng. Bộ đếm địa chỉ không reset và một xung CE tiếp theo khác sẽ làm thiết bịtiếp tục hoạt động từ vị trí đã dừng
PD (stop/reset)
Trong chế độ nút nhấn, PD hoạt động như một tín hiệu stop/reset tác động tại sườnlên. Trong khi đang thực thi chu kỳ phát hoặc ghi và xảy ra sườn lên tại PD, chu kỳ hiệnhành sẽ chấm dứt và con trỏ địa chỉ reset về địa chỉ 0 là vị trí bắt đầu của bộ nhớEOM (RUN)
Trong chế độ nút nhấn, EOM là tín hiệu báo hoạt động tích cực mức cao, nó có thểđược dùng để điều khiển LED hoặc một thiết bị bên ngoài khác. Chân này ở mức cao khighi cũng như khi phát
Quá trình thu trong chế độ nút nhấn
1. Chân PD xuống thấp, luôn phải có một điện trở kéo xuống
2. Chân P/R xuống thấp
3. Quá trình thu bắt đầu khi xuất hiện sườn xuống tại chân CE, chân EOM lên
mức cao báo cho biết thiết bị đang hoạt động
4. Quá trình thu tạm dừng khi xuất hiện sườn xuống tại CE, lúc này EOM trở về mức thấp, con trỏ địa chỉ nội không bị xóa nhưng một dấu EOM được ghi vào bộ nhớ tại điểm cuối của thông điệp. Có thể đưa chân P/R lên mức cao tại thời điểm này. Một xung CE tiếp theo sẽ khởi động quá trình phát tại địa chỉ 0.
5. Khi xảy ra sườn âm, chu kỳ thu khởi động tại địa chỉ kế tiếp sau khi đặt dấu
EOM trước đó. Ngõ ra EOM trở lên mức cao
Lưu ý : Nếu chân chế độ M1 cũng ở mức cao thì điểm EOM vừa được ghi trước đó sẽ bị xóa và quá trình thu bắt đầu tại địa chỉ đó
6. Khi chấm dứt quá trình ghi, sườn âm CE cuối cùng sẽ kết thúc chu kỳ ghi cuối cùng để lại một dấu EOM tại cuối thông diệp. Cũng có thể chấm dứt quá trình ghi bằng mức cao tại PD và cũng sẽ để lại dấu EOM
Quá trình phát trong chế độ nút nhấn
1. Hạ PD xuống mức thấp
2. Đưa chân P/R lên mức cao
3. Quá trình phát bắt đầu khi xảy ra sườn âm tại CE. Ngõ ra EOM lên mức cao báo thiết bị đang hoạt động
4. Nếu xuất hiện sườn xuống tại CE hoặc gặp một dấu EOM trong khi đang hoạt động, thiết bị sẽ tạm dừng, con trỏ địa chỉ nội không bị xóa và EOM trở về mức thấp, trong lúc này có thể thay đổi P/R . Chu kỳ thu kế tiếp sẽ không reset con trỏ địa chỉ và sẽ bắt đầu khi chu kỳ phát kết thúc
5. Nếu lại xuất hiện sườn âm tại CE, chu kỳ phát khởi động từ nơi tạm dừng và EOM lên mức cao báo đang hoạt động
6. Quá trình phát tiếp tục như trong bước 4 và 5 cho đến khi xảy ra tràn hoặc sườn lên tại PD
7. Khi xuất hiện tràn, mức thấp CE sẽ reset con trỏ địa chỉ và khởi động chu kỳ phát từ vị trí ban đầu. Sau một xung PD thiết bị sẽ reset về địa chỉ 0.
Lưu ý : Chế độ nút nhấn có thể kết hợp với các chế độ M0, M1 và M3
4.6 Chất lượng âm thanh
Sản phẩm ISD là hệ ghi phát âm thanh đơn chíp có chất lượng rất cao. Để bảo đảm âm thanh phát lại đạt chất lượng cao nhất điểm quan trọng là việc thực hiện thiết kế thực tế trên mạch điện và nguồn nuôi như trình bày ở phần sau
4.7 Tương thích với ISD1000A
Họ ISD2500 được thiết kế tương thích thuận với họ ISD1000A. Khi thiết kế với ISD2500 nên lưu ý các khác biệt sau đây
Địa chỉ
Các thiết bị ISD2560/75/90/120 có 480K ô nhớ được thiết kế cho 60 giây ghi âm với tốc độ lấy mẩu 8 KHz tương đương 4 lần khả năng của họ ISD1000A. Hai chân địa chỉ bổ sung được thêm vào để cho phép độ phân giải địa chỉ giống nhau. Không gian địa chỉ của mỗi thiết bị được chia thành 600 vị trí với địa chỉ hợp lệ từ 00h đến 257h. Một số địa chỉ cao hơn được ánh xạ vào trong các chế độ hoạt động. Tất cả các địa chỉ khác không hợp lệ Tràn
Họ ISD1000A kết hợp hai chức năng vào chân EOM đó là : Báo EOM và báo tràn. Họ ISD2500 tách biệt hai chức năng này. Chân 25 (vỏ PDIP) là EOM nhưng chỉ là ngõ ra báo EOM, chân 22 (vỏ PDIP) là OVF chỉ tạo sườn xuống khi thiết bị đật đến vị trí cuối bộ nhớ hoặc bộ nhớ đầy. Sự khác biệt này cho phép dễ dàng bỏ qua thông điệp và khả năng định địa chỉ vượt qua giới hạn của thiết bị. Điều này cũng có nghỉa là chế độ hoạt động M2 có trong ISD1000A nhưng không có trong ISD2500
Chế độ nút nhấn
Họ ISD2500 có một chế độ hoạt động bổ sung gọi là chế độ nút nhấn, chế độ này cung cấp một giao tiếp cho phép lựa chọn đến chức năng thu và phát của thiết bị. Các chân CE và PD được định nghỉa lại như các nút nhấn tác động cạnh. Một xung tại CE khởi động một chu trình và nếu được kích lại lần nửa sẽ tạm dừng chu trình hiện hành mà không xóa con trỏ địa chỉ (chức năng start và pause). PD kết thúc một chu trình hiện hành bất kỳ và xóa con trỏ địa chỉ về vị trí bắt đầu của vùng thông điệp (chức năng stop và reset), thêm vào đó mức cao của EOM dùng để báo trạng thái hoạt động bằng cách điều khiển một LED. Không cho phép nối tiếp các thiết bị ở chế độ nút nhấn.
Chế độ lặp
Họ ISD2500 có thể lặp một thông điệp chiếm hết vùng bộ nhớ
4.8 Giản đồ thời gian
Hình 5.27 Chu kỳ thu
Hình 5.28 Chu kỳ phát
4.9 Ứng dụng
4.9.1 Sơ đồ ứng dụng ISD2560/75/90/120
Hình 5.29 Sơ đồ cơ bản
Giải thích
Trong sơ đồ khối mạch ứng dụng vi điều khiển áp dụng chế độ nút nhấn và nhắc thông điệp. Vi điều khiển là loại 16 chân có đủ các chân port cho nút nhấn, một LED và ISD2500. Phần mềm có thể được viết cho 3 nút : Một trong hai cho play và record, một chọn thông điệp.
Chú ý : Không nên ghép trực tiếp các đường địa chỉ ISD với bus của vi điều khiển mà nên chốt các đường này bên ngoài
4.9.2 Sơ đồ ứng dụng giao tiếp với vi điều khiển
Hình 5.30 Giao tiếp với vi điều khiển
Hình 5.31 Sơ đồ nút nhấn
4.9.3 Giản đồ thời gian sơ đồ nút nhấn
Hình 5.32 Chế độ ghi
Hình 5.33 Chế độ phát lại 
1. A9, A8 và A6 = 1 ở chế độ nút nhấn
2. Trước tiên khởi động tại cạnh xuống CE
3. Thiết bị bắt đầu hoạt động sau thời gian TPUD
4. CE phải ở mức cao trong khoảng thời gian TDB trước khi nhận ra cạnh xuống khác của CE để tạm dừng
5. Chức năng tạm dừng được thực thi tại cạnh xuống thứ hai của CE và tại mỗi xung chẳn
6. Một lần nửa CE phải ở mức cao trong khoảng thời gian TDB trước khi tiếp nhận sườn xuống khác của CE để khởi động lại hoạt động. Thiết bị không giảm nguồn cho đến khi CE ở mức cao trong thời gian TDB
7. Chức năng được hồi phục tại sường xuống thứ ba của CE và tại mỗi xung lẻ
8. Tại thời điểm bất kỳ một mức cao tại PD sẽ kết thúc chức năng hiện hành, xóa bộ đếm địa chỉ và giảm nguồn cho thiết bị
BÀI TẬP TỔNG KẾT 
Bài 1: Một khuếch đại thuật toán có hệ số khuếch đại mạch hở Ao = 80 dB và điện áp ra tối đa Uamax = ± 12 V, Điện áp vào phải là bao nhiêu để điện áp ra đạt cực đại ?
Giải 
Bài tập 2: 
Thiết kế mạch ổn áp DC cố định dùng LM309 với Vo = 10 V, 1 A và Vi = 15 V 
Giải
Vì Io = 1 A nên chọn LM309 vỏ TO-3. Do Vo = 10 V nên điện áp rơi trên R1 và R2 bằng nhau nhưng dòng chảy qua chúng khác nhau. Dòng qua R1 và R2 phải lớn hơn 10 mA để đủ cung cấp dòng tĩnh IQ cho LM309 (khoảng 5,2 mA). Chọn IR2 = 20 mA, ta có: 
Theo số tay kỹ thuật thì sự thay đổi dòng tĩnh IQ tói đa là 0,8 mA và dòng IQ có thể cao đến 10 mA. Như vậy, giá trị thay đổi tối đa khi thay thế IC là 5,6 mA, do IQ thay đổi nên có thể gây nên biến thiên điện áp ra bằng ΔIQ(R1/R2) = 0,8 V, để khắc phục có thể dùng một biến trở trong cầu phân áp R1R2 để điều chỉnh đúng 10 V, trị số biến trở vào khoảng 0,8 V/IQ hay 150 Ω 
Công suất rơi lớn nhất trên LM309 tương ứng với dòng tải lớn nhất 
PD = Iomax.(Vi-Vo) = 1 A. 5 V = 5 W
Do đó cần phải giải nhiệt cho IC
Bài tập 3: 
Tính chọn trị số các linh kiện trong mạch ổn áp 5 V, 10 A 
Đầu tiên phải chọn Q1 sao cho có thể chịu được công suất tiêu tán khi ngõ ra ngắn mạch 
PD = Vi.Iomax = 15 V. 10 A = 150 W 
Chọn transistor có công suất 200 W, dòng Iomax của LM309 tại Vi – Vo = 10 V đối với loại vỏ TO-3 vào khoảng 1 A, transistor phải có hệ số β = 15 tại IC = 10 A 
Tóm tắt thông số của Q1 
VCE = 20 V; Icmax = 15 A 
VBE (tại IC = 10 A) = 0,9 V; PD = 200 W; b = 15 @ IC = 10 A 
IO(309) là dòng ra từ 309 được chọn lớn hơn IBQ1 để bù được sai số do linh kiện và VBE của Q1. Nếu các sai số này là 20% thì Io(309) = 1,2 IBQ1 và I1 = 0,2 IBQ1, suy ra: 
R1 = VBEQ1 / (0,2.IBQ1) = 0,9 V / 134 mA = 6,7 Ω 
Nếu điện áp dẩn của Q2 là 0,3 V, thì: 
R2 = VBEQ2 / Iomax = 0,3 V / 10 A = 0,03 Ω 
Q2 được chọn sao cho ICQ2 > IBQ1 và tiêu tán công suất tối đa là: 
PD(Q2) = VI. IBQ1 = 15 V. 0,67 A = 10 W 
Giá trị tụ ngõ ra 
C = Q/V = I.t/V 
Với : V : Biến thiên điện áp cho phép 
 I : Dòng tải tối đa 
 T : Thời gian chuyển mạch đối với tải logic là tr + tf, dùng tụ khoảng 
10 μF đối với họ TTL.
Bài tập 4: Thiết kế bộ nạp accu
Có nhiều phương pháp để nạp lại các accu acid-chì, một số sẻ làm cho accu làm việc lại nhưng không làm cho accu trở về trạng thái ban đầu, để bảo đảm cho accu được nạp đầy đủ và đạt được tuổi thọ tối đa cần phải chọn kỹ thuật nạp thích hợp. 
Trạng thái của accu được xác định bằng tỉ trọng dung dịch điện giải. Tỉ trọng 1,280 (đo bằng hidro kế) cho biết accu đẫ được nạp đầy. Khi đo được 1,250 hoặc lớn hơn là tốt. Một accu khi xả hết có tỉ trọng là 1,150 hoặc thấp hơn. 
Sau đây trình một thiết kế bộ nạp accu dựa vào điện áp nạp là 2,4 V cho mỗi ngăn. Mạch nạp cung cấp 14,4 V cho accu có 6 ngăn với tốc độ bằng 2 lần tần số điện áp lưới. Thiết kế này có khả năng giới hạn dòng để bảo vệ bộ nạp, trong khi đó giới hạn tốc độ nạp để ngăn sự phá hỏng các accu xả điện. Dòng nạp tối đa thường bằng ¼ dung lượng Ah của accu. VD với 1 accu có dung lượng 44 Ah thì dòng nạp tối đa là 11 A 
Nếu tải cần dòng nạp lớn hơn giới hạn 11 A thì mạch sẻ vào chế độ hạn dòng. Biên độ của các xung nạp được điều khiển để duy trì dòng nạp đỉnh tối đa là 11 A (trung bình là 8 A). Mạch nạp gồm có 4 phần chính: 
• Chỉnh lưu 
• Ổn áp 
• Giới hạn dòng 
• Phần tử điều khiển
Phần chỉnh lưu 
Là loại chỉnh lưu toàn sóng dùng biến áp có điễm giữa (hình 4.38) đạt được hiệu 
suất tối đa với số linh kiện tối thiểu, yêu cầu điện áp đánh thủng VR của diode là: 
VR > 2. VThứ cáp (đỉnh) – VF 
VR > 2. 20. 1,414 -1 = 56 V 
Thiết kế này được chọn giới hạn dòng 11 A, vì vậy nên dùng chỉnh lưu có dòng định mức khoảng 25 A để có thể làm việc với dòng tối đa với bất cứ đột biến dòng nào, chọn diode 1N1184 có thông số 35 A, 100 V 
Phần ổn áp 
Phần ổn áp bao gồm các linh kiện sau: Z1, Q1, R1, R2 và RB Z1 là ổn áp song song TL431, đóng vai trò là phần tử điều khiển. Q1 là transistor chuyển tiếp, và R1, R2 dò điện áp ra đưa hồi tiếp về Z1, R1 và R2 được chọn sao cho điện áp ở chân REF của TL431 so với đất là 2,5 V ứng với điện áp ra mong muốn. Điện
áp ở chân REF được đưa vào khuếch đại sai biệt của TL431 và so sánh với chuẩn 2,5 V ở bên trong. 
Khi điện áp hồi tiếp về chân REF nhỏ hơn chuẩn 2,5 V ở bên trong thì tổng trở giữa anode với cathode của TL431 cao làm giảm dòng rẻ qua TL431, dòng cực nền Q1 tăng lên và làm tăng điện áp ra. 
Khi điện áp hồi tiếp lớn hơn chuẩn 2,5 V thì tổng trở của TL431 giảm , dòng cực nền Q1 giảm và điện áp ra cũng giảm . 
Do điện áp hồi tiếp được dò từ ngõ ra, TL431 sẻ bổ chính cho bất cứ những thay đổi nào trong sụt áp nền-phát của Q1 hay sụt áp trên RCL tại các dòng điện khác nhau. 
Phần giới hạn dòng 
Phần này bao gồm: Z2, Q1 và RCL
Giá trị của điện trở giới hạn dòng RCL được chọn sao cho sụt áp qua nó là 2,5 V tại dòng giới hạn mong muốn. Sụt áp trên RCL được dò bằng ổn áp song song Z2 (TL431).
Khi dòng điện ra nhỏ hơn dòng giới hạn, VREF < 2,5 V và Z2 có tổng trở cao không ảnh hưởng đến hoạt động của Q1. 
Khi dòng điện ra đạt đến tối đa lúc này VREF = 2,5 V và tổng trở của Z2 giảm , làm giảm dòng cực nền Q1 và làm giới hạn dòng điện ra. Dưới điều kiện này Z2 điều khiển transistor Q1 và duy trì một dòng điện không đổi ngay cả khi ngắn mạch. R3 được thêm vào để bảo vệ Z2 khi RCL hở mạch. 
Phần tử điều khiển 
Phần tử điều khiển là một transistor công suất Darlington được điều khiển bởi Z1 hoặc Z2 tùy theo trạng thái accu đang nạp. 
Đặc tính của Q1 quan trọng cho việc xác định thiết kế mạch và lựa chọn biến áp nguồn. 
Các giá trị R1 và R2 đặt mức điện áp ra ở 2,4 V cho mỗi ngăn accu hay 14,4 V cho accu 6 ngăn. Để bảo đảm Z1 hoạt động tốt nên chọn dòng chảy qua R1 và R2 là 1 mA.Do đó:
Để dể điều chỉnh có thể dùng biến trở 20 KΩ thay cho R1. Việc giới hạn dòng bắt đầu khi có sụt áp 2,5 V trên RCL tại giới hạn dòng mong muốn, đối với accu 44 Ah, dòng nạp tối đa là 11 A. Do đó: 
Sau khi chọn Q1, có thể tính được điện trở cực nền RB. Theo sổ tay, thông số của TIP642 như sau: 
hFE (MIN) @ 11 A là 500 
VCE = 2 V; VBE = 1,6 V 
PMAX = 160 W @ 400C 
IB = 22 mA tại dòng cực thu đỉnh là 11 A
Tính RB trong trường hợp xấu nhất (ngắn mạch), khi đó:
Trong khi đó RB cũng phải đủ nhỏ để không làm giới hạn dòng cực nền của Q1 tại dòng nạp ICHG = 8 A và RB cũng phải đủ lớn để giớ hạn dòng khi bị ngắn mạch. Giá trị này phải nhỏ hơn tổng giữa dòng cực nền Q1 với dòng cực đại qua Z2.
Giá trị RB trong khoảng này đủ để lái Q1 với dòng nạp ICHG = 8 A, tuy nhiên vẫn cho phép điều khiển toàn bộ Q1 bằng Z2 trong trường hợp ngắn mạch. RB được chọn là 200 Ω
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đề cương môđun/môn học nghề Sửa chữa thiết bị điện tử công nghiệp”, Dự án Giáo dục kỹ thuật và Dạy nghề (VTEP), Tổng cục Dạy Nghề, Hà Nội, 2003
[2]Thiết kế và xây dựng mạch điện quanh ta - Tăng Văn Mùi, Trần Duy Nam - NXB khoa học kỹ thuật
[3] 110 mạch ứng dụng của op-amp - R. M. MARSTON
[4] Kĩ thuật điện tử - Đỗ xuân Thụ NXB Giáo dục, Hà Nội, 2005