Luận văn Thiết kế và thi công mô hình máy đo tần số hiển thị số dùng trong giảng dạy

BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC QUOÁC GIA THAØNH PHOÁ HOÀ CHÍ MINH TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA ÑIEÄN – ÑIEÄN TÖÛ BOÄ MOÂN ÑIEÄN TÖÛ LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP ÑEÀ TAØI: THIEÁT KEÁ VAØ THI COÂNG MOÂ HÌNH MAÙY ÑO TAÀN SOÁ HIEÅN THÒ SOÁ DUØNG TRONG GIAÛNG DAÏY SINH VIEÂN THÖÏC HIEÄN: NGUYEÃN VAÊN KHAÙNH NGUYEÃN MINH TÖÙ LÔÙP: 95 KÑÑ GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN:COÂ VUÕ BAÛO TUYEÂN BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA : ÑIEÄN BOÄ MOÂN : ÑIEÄN TÖÛ NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Giaùo vieân höôùng daãn : coâ VUÕ BAÛO TUYEÂN Sinh vieân thöïc hieän: NGUYEÃN VAÊN KHAÙNH NGUYEÃN MINH TÖÙ NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN XEÙT DUYEÄT GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC SÖ PHAÏM KYÕ THUAÄT TP. HCM KHOA : ÑIEÄN BOÄ MOÂN : ÑIEÄN TÖÛ NHAÄN XEÙT LUAÄN VAÊN TOÁT NGHIEÄP Giaùo vieân xeùt duyeät: Sinh vieân thöïc hieän: NGUYEÃN VAÊN KHAÙNH NGUYEÃN MINH TÖÙ NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN XEÙT DUYEÄT GIAÙO VIEÂN XEÙT DUYEÄT MUÏC ÑÍCH VAØ GIÔÙI HAÏN ÑEÀ TAØI Muïc ñích cuûa ñeà taøi: Ñeà taøi moâ hình maùy ño taàn soá ñöôïc öùng duïng laøm ñoà duøng daïy hoïc cho moân hoïc ño löôøng ñieän. Thieát bò ño taàn soá coù nhieàu loaïi vaø nhieàu phöông phaùp ño nhö maùy ño taàn soá chæ thò kim, maùy ño taàn soá chæ thò rung, maùy ño taàn soá chæ thò soá.v.v… Trong luaän vaên toát nghieäp, chuùng em tìm hieåu maïch ñieän vaø thi coâng maùy ño taàn soá chæ thò soá döôùi daïng moâ hình duøng trong giaûng daïy. Moâ hình naøy söû duïng caùc linh kieän vi maïch soá nhaèm giôùi thieäu cho ngöôøi hieåu theâm öùng duïng cuaû vi maïch soá trong caùc thieát bò ño löôøng ñieän. Moâ hình maùy ño taàn soá chæ thò soá sau khi thi coâng ñöôïc duøng cho vieäc giaûng daïy vaø hoïc taäp cuaû sinh vieân tröôøng ñaïi hoïc sö phaïm kyõ thuaät trong moân hoïc ño löôøng ñieän. Giôùi haïn ñeà taøi: Caùc thieát bò ño löôøng ñieän duøng caùc kyõ thuaät soá raát ña daïng vaø nhieàu chöùc naêng nhöng do thôøi gian haïn cheá neân chæ thöïc hieän nhöõng ñieàu cô baûn: tìm hieåu veà caùc loaïi maùy ño taàn soá, caáu truùc vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng cuaû vi maïch soá. Sau cuøng laø thieát keá, thi coâng maïch ño taàn soá duøng vi maïch soá cô baûn. Giôùi haïn taàn soá laøm vieäc cuaû maùy trong khoaûng taàn soá 2 HZ ñeán 20 KHZ, bieân ñoä tín hieäu caàn ño cao nhaát coù theå ñaùp öùng ñöôïc laø 15 V vaø thaáp nhaát laø 100mV. Nguoàn ñieän cung caáp cho maùy laø 220 V. MUÏC LUÏC Lôøi noùi ñaàu Chöông I : Toång Quan Veà Ño Löôøng Ñieän Sai soá vaø caáp chính xaùc Caùc loaïi thieát bò ño taàn soá Chöông II : Cô Sôû Lyù Luaän Giôùi thieäu veà vi maïch soá Caùc maïch taoï dao ñoäng Caáu taïo maïch ñeám Maïch giaûi maõ vaø hieån thò Giao tieáp coâng suaát Chöông III : Thieát Keá Maïch Ñeám Taàn Soá Sô ñoà khoái toaøn maïch Maïch dao ñoäng chuaån Maïch chia taàn soá tín hieäu ngoõ vaøo vaø maïch khoáng cheá thôøi gian ñeám trong 1 giaây Maïch giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo Maïch ñeám vaø giaûi maõ Maïch hieån thò Maïch nguoàn Chöông IV : Thi Coâng Hình daïng moâ hình Sô ñoà nguyeân lyù Maïch ngoõ vaøo Maïch dao ñoäng chuaån Maïch ñeám vaø giaûi maõ Maïch hieån thò III. Laép raùp vaø caân chænh thieát bò Chöông VI: Keát Luaän Chöông I TOÅNG QUAN VEÀ ÑO LÖÔØNG ÑIEÄN I/ SAI SOÁ VAØ CAÁP CHÍNH XAÙC: 1/ Nguyeân nhaân sai soá: Moïi pheùp ño ñeàu coù sai soá. Sai soá do caùc nguyeân nhaân khaùc nhau gaây ra nhö duïng cuï ño, do ñieàu kieän tieán haønh pheùp ño vaø do ngöôøi ño. Duïng cuï ño ñöôïc cheá taïo vôùi ñoä chính xaùc khaùc nhau vaø giaù trò ñoïc ñöôïc töø duïng cuï ño. Ñoä chính xaùc baûn thaân duïng cuï ño coøn phuï thuoäc vaøo moâi tröôøng. Möùc ñoä aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng ñeán keát quaû ño tuøy thuoäc vaøo keát caáu cuï theå cuûa duïng cuï ño. Ngöôøi ta cuõng ñöa theâm moät ñaïi löôïng sai soá ñaùng keå vaøo keát quaû ño. Sai soá do ngöôøi ño, tröôùc heát laø sai soá ñoïc ñaëc bieät khi phaûi suy vôùi thang ño phi tuyeán. Khi kim chæ naèm giöõa hai ñoä khaéc vaïch ngöôøi ñoïc caàn phaûi phaùn ñoaùn giaù trò gaàn ñuùng cuûa keát quaû ño. Sai soá ngoaïi suy khoâng quaù 0,5 giaù trò giöõa hai vaïch khaéc ñoä. Ngoaøi ra coøn phuï thuoäc vaøo trình ñoä söû duïng duïng cuï ño, ngöôøi ño coøn gaây ra nhöõng sai soá khaùc nöõa. Nhöng sai soá naøy coù theå raát lôùn, vaø ta goïi noù laø pheùp ño sai soá, phaûi loaïi boû khi tính toaùn. 2/ Phaân loaïi sai soá: Ngöôøi ta chia sai soá ra laøm 2 loaïi theo tính chaát thoáng keâ. a/ Sai soá heä thoáng: Laø sai soá coù giaù trò xaùc ñònh trong nhöõng ñieàu kieän xaùc ñònh. Do ñoù ta coù theå bieát tröôùc ñöôïc giaù trò naøy vaø tính buø vaøo keát quaû ño, töùc laø ta coù theå boû sai soá heä thoáng khoûi keát quaû ño sau khi tính toaùn. b/ Sai soá ngaãu nhieân: Laø sai soá coù giaù trò ngaãu nhieân khi tieán haønh caùc pheùp ño cuøng ñieàu kieän. Ñeå coù ñöôïc caùc keát quaû ño chính xaùc ta duøng phöông phaùp thoáng keâ, laáy trung bình coäng caùc keát quaû ño, vôùi soá pheùp ño raát lôùn. Caàn nhôù raèng pheùp laáy trung bình coäng khoâng theå loaïi boû sai soá heä thoáng. Vieäc phaân chia sai soá heä thoáng vaø sai soá ngaãu nhieân cuõng coù tính chaát töông ñoái. Cuøng moät nguyeân nhaân gaây ra sai soá, tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän nghieân cöùu, luùc naøy coù theå coi laø sai soá ngaãu nhieân, luùc khaùc coù theå coi laø sai soá heä thoáng. Noùi chung khi sai soá ñöôïc coi laø sai soá heä thoáng neáu ta bieát roõ nguyeân nhaân vaø möùc ñoä gaây ra sai soá cuûa taùc ñoäng aáy. Neáu ta chæ quan taâm ñeán tính chaát thoáng keâ cuûa sai soá, khoâng khoáng cheá nguyeân nhaân gaây ra sai soá, sai soá seõ coù tính chaát ngaãu nhieân. Vieäc laáy trung bình coäng chæ coù theå loaïi ñöôïc sai soá ngaãu nhieân neáu soá löôïng pheùp ño ñuû lôùn, sau cho taùc ñoäng gaây ra sai soá ngaãu nhieân bieán ñoåi trong phaïm vi lôùn, sai soá ngaãu nhieân coù daïng phaân boá chuaån . 3/ Caáp chính xaùc cuûa duïng cuï ño: Caáp chính xaùc cuûa moät duïng cuï hay thieát bò ño laø tæ soá tính theo phaàn traêm giöõa sai soá lôùn nhaát cho pheùp trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng cuûa thieát bò ño vôùi giaù trò ñònh möùc cuûa thieát bò ñoù. Do ñoù khi söû thieát bò ño löôøng chuùng ta caàn quan taâm ñeán caáp chính xaùc cuûa thieát bò ño ñöôïc ghi treân maùy hoaëc trong soå tay kyõ thuaät cuûa thieát bò ño. Ñeå töø caáp chính xaùc naøy chuùng ta seõ ñaùnh giaù ñöôïc sai soá cuûa keát quaû ño. Ví duï moät voân keá coù ghi caáp chính xaùc laø 1 nghóa laø giôùi haïn sai soá cuûa noù cho taàm ño laø 1%. II/ CAÙC LOAÏI THIEÁT BÒ ÑO TAÀN SOÁ: 1/ Taàn soá kim chæ kieåu tæ soá keá ñieän ñoäng: Hình II.1a Taàn soá kim chæ kieåu tæ soá ñieän ñoäng, cô caáu ño laø tæ soá ñieän ñoäng. Cuoän tónh ñöôïc maéc noái tieáp noái tuï ñieän C1. Cuoän ñoäng 1 ñöôïc maéc noái tieáp vôùi tuï C2, cuoän ñoäng 2 ñöôïc maéc noái tieáp vôùi ñieän caûm LF. Choïn giaù trò ñieän caûm L ñuû lôùn, vaø caùc tuï ñieän coù giaù trò ñuû nhoû ñeå coù theå boû qua aûnh höôûng cuûa ñieän trôû baûn thaân caùc cuoän daây cuûa tæ soá keá. Töø (H.II.1) ta thaáy doøng I1 seõ cuøng pha vôùi doøng It, coøn I2 chaäm pha 180o so vôùi 2 doøng kia. Ñeå loaïi boû goác chaäm pha naøy, ta baûo ñaàu cuoäc daây ñoäng 2 vaø luùc naøy caû 3 doøng ñieän qua doøng tónh vaø hai cuoän ñoäng ñoàng pha, khoâng phuï thuoäc vaøo taàn soá nguoàn. Giaù trò hieäu duïng caùc doøng ñieän qua caùc cuoän daây ñoäng ñöôïc tính: Nhö vaäy goác a chæ cuûa kim seõ töông öùng vôùi giaù trò: Vôùi caùc giaù trò L,C ñaõ bieát vaø khoâng thay ñoåi ta xaùc ñònh ñöôïc giaù trò taàn soá nguoàn theo chæ soá a cuûa kim. Ngöôøi ta khaéc ñoä tröïc tieáp leân maët ñoä soá. Ñeå taêng ñoä nhaïy trong phaïm vi ño töø f1 ñeán f2 töùc laø phaïm vi caàn ño cuûa taàng soá keá ta thay L vaø C2 baèng hai maïch coäng höôûng noái tieáp vôùi taàn soá coäng höôûng nhoû hôn f1, vò trí C2 ñöôïc thay baèng maïch coäng höôûng noái tieáp taàng soá coäng höôûng cao hôn f2. Vôùi moïi taàn soá trong khoaûng f1 ñeán f2, maïch coäng höôûng 1 luoân coù tính chaát ñieän caûm, coäng höôûng 2 luoân coù tính chaát ñieän dung, vôùi ñieàu kieän pha töông töï nhö khi maéc L vaø C2, nhöng vôùi maïch coäng höôûng trôû khaùng ôû laân caän taàn soá coäng höôûng thay ñoåi raát nhanh theo taàn soá, vì vaäy ñoä nhaïy cao hôn. 2./ Taàn soá kim chæ kieåu tæ soá töø ñieän: Hình. II.2 Ngöôøi ta coù theå duøng cô caáu ño laø tæ soá keá töø ñieän ñeå taïo taàn soá keá kim chæ. Nhöng tæ soá keá töø ñieän chæ ño ñöôïc doøng moät chieàu do ñoù ta phaûi duøng maïch chænh löu. Vaø vì ñaõ duøng maïch chænh löu neân ta khoâng phaûi quan taâm ñeán pha cuûa caùc doøng ñieän neân maïch ño cuõng ñôn giaûn hôn. Cuoän ñoäng 1 ñöôïc noái ñeán ñöôøng cheùo cuûa caàu chænh löu (I), cuoän ñoäng 2 ñöôïc noái ñeán ñöôøng cheùo caàu chænh löu (II). Doøng qua cuoän 1 laø doøng chænh löu cuûa maïch chöùa ñieän dung, coøn doøng qua cuoän 2 laø doøng chænh löu cuûa maïch chöùa ñieän trôû. Boû qua trôû khaùng vaøo cuûa caùc caàu chænh löu. Ta coù: Tæ soá keá ño tæ soá doøng qua cuoän 1 vaø cuoän 2 chính laø ño tæ soá giöõa IR vaø IC Nhö vaäy ta coù theå khaéc ñoä tæ soá keá tröïc tieáp theo taàn soá. Ñeå taêng ñoä nhaïy, ta coù theå thay C baèng 1 maïch coäng höôûng noái tieáp, coäng höôûng ôû taàn soá thaáp hôn hoaëc cao hôn baèng taàn soá caàn ño. 3/ Taàn soá keá kieåu rung: Taàn soá keá kieåu rung döïa vaøo hieän töôïng coäng höôûng cô hoïc. Noù caáu taïo nhö hình (H.II.3). Goàm 1 nam chaâm ñieän (1), loõi laøm baèng theùp laù kyõ thuaät ñieän, thuoäc loaïi saét töø meàm. Nam chaâm ñieän huùt giaù ñôõ (2) cuûa boä rung. Treân giaù rung gaén caùc laù rung (3), coù taàn soá coäng höôûng rieâng khaùc nhau. Neáu taàn soá nguoàn ño laø 50Hz, ta choïn caû laù rung coù taàn soá coäng höôûng rieâng khoaûng 88 ¸ 100Hz caùch nhau 1 Hz. Khi caáp nguoàn coù taàn soá caàn ño cho cuoän daây nam chaâm ñieän, cuoän daây huùt giaù ñôõ boä rung. Do doøng ñieän qua nam chaâm ñieän thay ñoåi theo thôøi gian, löïc huùt cuûa nam chaâm cuõng thay ñoåi theo thôøi gian, taàn soá thay ñoåi cuûa löïc huùt baèng 2 laàn taàn soá nguoàn ñieän, caùc löïc rung bò rung theo. Löïc huùt thay ñoåi laøm giaù trò bò rung theo, vôùi taàn soá cuûa löïc huùt, töùc 2 laàn taàn soá nguoàn. Do tính chaát coäng höôûng laù rung, laù rung coù taàn soá rieâng baèng taàn soá cuûa löïc seõ rung maïnh nhaát. Quan saùt caùc baûn rung, ta seõ bieát baûn naøo rung maïnh nhaát, töø ñoù xaùc ñònh taàn soá cuûa nguoàn ñieän caàn ño. Ñeå tieän söû duïng ngöôøi ta khoâng khaéc ñoä baûn rung taàn soá rieâng maø theo taàn soá nguoàn, töùc nöûa taàn soá rung. 4/ Taàn soá keá chæ thò soá: Hình II.4: Sô ñoà maïch chia taàn soá Ñieän aùp Ux coù taàn soá fx caàn ño ñöôïc khueách ñaïi thaønh ñieän aùp U1, sau ñoù ñöa qua maïch taïo xung ñeå söûa thaønh daïng xung vuoâng cuõng coù taàn soá laø fx (U2). Xung naøy ñöôïc ñöa qua coång logic trong khoaûng thôøi gia Tn ñeå vaøo maïch ñeám xung (U6) keát quaû xung ñöôïc ñeám ñöa qua boä hieån thò seõ cho bieát taàn soá tín hieäu Ux. => Vôùi Tn laø chu kyø cuûa xung chuaån (U4) vaø cuõng laø thôøi gian môû coång logic. ÔÛ ñaây xung chuaån (U4) do maïch dao ñoäng thaïch anh taïo ra, vì taàn soá lôùn (fo töø 100KHz ¸ 1MHz), neân sau khi söûa thaønh daïng xung vuoâng (U3) caàn cho qua maïch chia taàn soá ñeå thaønh U4 coù taàn soá fn. xung chuaån (U4) taùc ñoäng vaøo Flip – Flop theo nguyeân lyù kích thích baèng caïnh tröôùc (kyù hieäu FF) taïo ra xung môû coång (U5) trong thôøi gian Tn. Sai soá cuûa xung ñöôïc ñeám trong thôøi gian coång môû laø ±1 xung. Vì theá khi taàn soá fx caàn ño thaáp thì caàn thay ñoåi thôøi gian môû coång Tn. Trong thöïc teá chu kyø xung chuaån (Tn) thöôøng coù caùc möùc ñieàu chænh 0,1s, 1s, 10s. CHÖÔNG II CÔ SÔÛ LYÙ LUAÄN I/ GIÔÙI THIEÄU VEÀ VIMAÏCH SOÁ: 1/Khaùi nieäm veà vi maïch soá: Maïch soá (digital circuit) xöû lyù tín hieäu ôû daïng xung. Caùc xung chæ coù theå ôû 1 trong hai traïng thaùi, möùc ñieän theá ñònh tröôùc goïi laø möùc thaáp ví duï (0V) vaø möùc cao (4V). Soá möùc ñieän theá coù theå lôùn hôn hai nhöng cuõng coù theå laø moät soá höõu haïn. Heä thoáng soá goàm nhieàu loaïi nhö heä thoáng soá thaäp phaân, nhò phaân, BCD, Hexa, .v.v.. Nhöng heä thoáng soá nhò phaân goàm1 vaø 0 thuaän tieän cho vieäc xöû lyù bôûi caùc maïch ñieän töû, nhöng maïch khoâng xöû lyù tröïc tieáp caùc con soá maø xöû lyù caùc daïng soùng. Ta bieåu thò soá nhò phaân baèng baèng daïng soùng nhò phaân chæ coù hai möùc ñieän theá, moät möùc bieåu thò soá 0 vaø moät möùc bieåu thò soá 1. Hai möùc ñieän theá naøy caùch xa nhau ñuû xa ñeå maïch logic coù theå phaân bieät ñöôïc hai möùc. Khi xöû lyù tín hieäu nhò phaân caùc ngoû vaøo vaø ra cuûa baûn thaân caùc maïch logic cuõng phaùt hieän ôû moät trong hai möùc ñieän theá ñoù. Vi maïch soá goàmcoù hai loaïi: - Moät loaïi thuoäc hoï TTL ñöôïc caáu taïo töø caùc transistor – Moät loaïi thuoäc hoï CMOS ñöôïc caáu taïo töø caùc transistor tröôøng. 2/ Öu ñieåm cuûa vi maïch soá: Ít bò aûnh höôûng bôûi nhieãu aâm (noise). Deã ñöôïc cheá taïo thaønh maïch tích hôïp (IC) vaø trong thöïc teá ñaõ coù raát nhieàu maïch tích hôïp soá ñöôïc saûn xuaát cho nhieàu chöùc naêng khaùc nhau. Thieát keá vaø phaân tích maïch ñôn giaûn hôn. Thuaän tieän cho vieäc ñieàu khieån töï ñoäng löu tröõ vaø xöû lyù döõ lieäu (data), keát hôïp vôùi caùc loaïi maùy tính. 3/ Nhöôïc ñieåm: Tín hieäu ñöôïc xöû lyù phaûi laø daïng xung coù hai möùc logic roõ reät. Vì vaäy khi xöû lyù tín hieäu töông töï caàn phaûi coù boä chuyeån ñoåi töø töông töï sang soá. 4/ Phaïm vi öùng duïng cuûa vi maïch soá: Vi maïch soá ñöôïc öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc nhö quaân söï, caùc duïng cuï y teá, caùc loaïi maùy moùc trong saûn xuaát. II/ CAÙC MAÏCH TAÏO DAO ÑOÄNG: Maïch dao ñoäng taïo xung ñoùng vai troø quan troïng trong caùc maïch soá. Xung ñoàng boä giuùp cho caùc phaàn trong thieát bò laøm vieäc theo thöù töï ñoàng boä vôùi nhau, vì vaäy xung ñoàng boä khoâng theå thieáu ñöôïc. Maïch dao ñoäng coù raát nhieàu daïng, duøng linh kieän rôøi hay linh kieän tích hôïp. 1/ Maïch dao ñoäng ña haøi duøng coång logic: Hai coång Nand (hay 2 coång Not) maéc cheùo nhö FlipFlop coù hai traïng thaùi beàn neân khoâng phaûi laø maïch dao ñoäng (maïch khoâng coù traïng thaùi beàn). Muoán maïch dao ñoäng ñöôïc ta phaûi gaén theâm tuï treân ñöôøng hoài tieáp. Caùc ñieän trôû ñöôïc choïn ñeå duy trì ñieän theá ôû ngoõ vaøo cuûa coång gaàn theàm logic neân khi tuï naïp ñieän vaø xaû ñieän, ñieän theá ôû ngoõ vaøo dao ñoäng treân döôùi möùc theàm logic khieán ngoõ ra dao ñoäng giöõa hai möùc logic 1 vaø 0. Taàn soá dao ñoäng laø: Daïng soùng ra ôû Q vaø ñoái pha nhau, maïch naøy khoâng hoaït ñoäng ôû taàn soá thaáp (döôùi vaøi chuïc Hz) vì phaûi duøng tuï ñieän coù ñieän dung lôùn (treân vaøi chuïc mF). 2/ Maïch dao ñoäng ña haøi duøng coång Nand: Ñieän trôû R1, R2 vaø bieán trôû R3 phaân cöïc cho hai coång Nand gaàn theàm logic, caùc ñieän trôû naøy phaûi nhoû hôn ñieän trôû ngoõ vaøo cuûa coång, thöôøng döôùi 1KW. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Giaû söû ngoõ vaøo cuûa N1 vöøa xuoáng ngöôõng möùc thaáp (0V) ñeå ngoõ ra Q leân ngöôõng möùc cao (1V). Söï thay ñoåi logic cuûa tia ñöôïc tuï C2 naïp truyeàn veà ngoõ vaøo cuûa N2 khieán cho ngoõ ra xuoáng möùc thaáp (0V), vaø möùc logic naøy ñöôïc tuï C1 chuyeån veà ngoõ vaøo cuûa N1, maïch ñöôïc xem nhö ñaït traïng thaùi oån ñònh. Nhöng doøng ñieän trong N1 ñoå ra ôû ngoõ vaøo naïp ñieän cho C1 khi C1 caøng döông. Trong luùc ñoù tuï C2 xaõ ñieän qua R2 vaø R3 neân ñieän theá treân tuï caøng giaûm daàn. Neáu ñieàu kieän ñieän trôû nhö ñaõ noùi, tuï C1 vaø C2 khoâng khaùc nhau thì tuï C2 xaû ñieän nhanh hôn laø C1 naïp ñieän, neân ñieän theá ôû ngoõ vaøo N2 nhanh choùng ñaït möùc logic thaáp laøm ngoõ ra leân möùc cao (1), ngoõ vaøo N1 cuõng ñaït ñeán ngöôõng möùc cao. Ngoõ ra Q xuoáng möùc thaáp (0), sau ñoù tuï C1 xaû ñieän qua R1, R3 ñeå ñoåi traïng thaùi cuûa maïch trôû laïi nhö trong quaù trình C1 xaû ñieän. Ñieän trôû R3 naèm treân ñöôøng xaû ñieän cuûa C1 vaø C2 coù theå thay ñoåi giaù trò ñeå cho taàn soá maïch thay ñoåi. Khi maïch ñoái xöùng nghóa laø C1 = C2; R1 = R2, taàn soá ra cuûa maïch laø: Ñeå coù taàn soá dao ñoäng thaáp (vaøi Hezt) ta coù theå duøng tuï lôùn ñeán vaøi ngaøn mF, neáu khoâng caàn daïng soùng oån ñònh cao veà taàn soá giôùi haïn treân, taàn soá cuûa maïch khoaûng 10MHz. Neáu söû duïng maïch logic CMOS coù theå taïo ñöôïc maïch dao ñoäng coù taàn soá thaáp do toång trôû vaøo cuûa CMOS raát lôùn neân cho pheùp duøng ñieän trôû beân ngoaøi lôùn. Coù nhieàu IC taïo xung, laø hai hoï IC loaïi TTL vaø loaïi hoï CMOS ñöôïc cheá taïo saün vaø chæ caàn ñöa theâm moät vaøi linh kieän beân ngoaøi ñeå xaùc ñònh taàn soá nhö 555, 556, 4047, v.v… Phöông phaùp naøy ñôn giaûn, reû tieàn nhöng ñoä chính xaùc khoâng cao do phuï thuoäc vaøo caùc phaàn töû xaùc ñònh taàn soá ôû beân ngoaøi. 3/ Phöông phaùp taïo dao ñoäng töø löôùi ñieän nguoàn: Phöông phaùp naøy ñôn giaûn vaø tieän söû duïng cho caùc maïch duøng nguoàn caáp ñieän xoay chieàu cuûa löôùi ñieän vaø khoâng ñoøi hoûi veà ñoä chính xaùc thaät cao. Bieán aùp T1 duøng ñeå haï möùc ñieän aùp löôùi cho phuø hôïp vôùi nguoàn nuoâi cuûa IC coång. Nguyeân lyù cuûa maïch laáy dao ñoäng cuûa löôùi ñieän laø maïch söûa daïng soùng töø daïng soùng sin sang daïng soùng vuoâng coù taàn soá laø taàn soá cuûa löôùi ñieän. 4/ Maïch dao ñoäng duøng vi maïch tích hôïp: Maïch tích hôïp 555 (NE555, NC555) ñöôïc cheá taïo laàn ñaàu tieân, khoaûng 15 naêm tröôùc ñaây vaø ñöôïc söû duïng phoå bieán. Khaû naêng caàn doøng ra lôùn (200mA) hoaït ñoäng vôùi 1 quaõng ñieän theá roäng töø 4,5V ñeán 16V. Ñoä oån ñònh nhieät laø 0,005% cho moãi ñoä °C maïch laøm vieäc cho ra taàn soá thay ñoåi ñöôïc nhôø caùc linh kieän beân ngoaøi, ñoä oån ñònh cuûa taàn soá khoâng cao. 5./ Phöông phaùp duøng dao ñoäng thaïch anh. Thaïch anh laø moät tinh theå coù tính aùp ñieän. Neáu ta ñaët moät ñieän theá giöõa hai ñaàu baûn cöïc cuûa thaïch anh thì seõ cho ra dao ñoäng cô hoïc vaø ngöôïc laïi cho taùc duïng löïc cô hoïc thì xuaát hieän ñieän theá ngoõ ra ôû hai baû cöïc. Vôùi tính chaát ñaëc bieät naøy, thaïch anh coù nhieàu öùng duïng trong lónh vöïc ñieän töû. ÖÙng duïng quan troïng nhaát laø duøng thaïch anh taïo dao ñoäng chuaån. Nhöng thaïch anh hieän coù treân thò tröôøng coù theå do taàn soá dao ñoäng raát cao töø haøng MHz ñeán haøng traêm MHz vôùi ñoä chính xaùc cao vaø giaù thaønh töông ñoái thaáp. Ñaây laø loaïi dao ñoäng raát ñöôïc tin caäy ñeå choïn laøm dao ñoäng chuaån. Nhöng vôùi moãi maïch ñoøi hoûi taàn soá dao ñoäng chuaån thaät thaáp (Hz ¸ chuïc Hz) neân söû duïng dao ñoäng thaïch anh laøm taàn soá chuaån roài chia xuoáng taàn soá yeâu caàu thì maïch seõ trôû neân phöùc taïp vaø toán keùm. III./ CAÁU TAÏO MAÏCH ÑEÁM: Maïch ñeám chieám moät vò trí khaù quan troïng trong kyõ thuaät ñieän töû noùi chung vaø trong caùc thieát bò noùi rieâng. Maïch ñeám ñöôïc xem nhö laø moät coâng cuï ñeám caùc xung ñieän ñeå xuaát ra keát quaû ñeám. Maïch ñeám ñöôïc söû duïng trong vieäc ñieàu khieån töï ñoäng trong daây chuyeàn ñeám saûn phaåm. Khi noùi ñeán maïch ñeám, ta khoâng theå khoâng nghó ñeán maïch ñeám taàn soá, ñaây laø öùng duïng quan troïng cuûa maïch ñeám taàn soá. Ta coù theå duïa vaøo ba ñaëc ñieåm sau ñeå phaân bieät caùc loaïi maïch ñeám: Caùch ñöa tín hieäu vaøo caùc Flip-Flop (FF) Tuøy theo vieäc ñöa tín hieäu vaøo caùc Flip-Flop maø ngöôøi ta chia ra maïch ñeám ñoàng boä hay maïch ñeám khoâng ñoàng boä. Caên cöù vaøo maõ soá cuûa maïch ñeám: Xuaát phaùt laø heä nhò phaân maø ngöôøi ta coù nhieàu maïch ñeám vôùi caùc loaïi maõ khaùc nhau, nhö maïch ñeám thaäp phaân, maïch ñeám nhò phaân. Döïa vaøo höôùng daãn: Ngöôøi ta chia ra maïch ñeám coù ba caùch: Ñeám leân. Ñeám xuoáng. Ñeám voøng. 1./ Maïch ñeám khoâng ñoàng boä: Trong maïch ñeám khoâng ñoàng boä, xung ñeám ñöôïc ñöa vaøo ñaàu vaøo nhòp xung cuûa FF thöù nhaát. Coøn xung cuûa FF tieáp theo sau phuï thuoäc vaøo ngoõ ra cuûa FF phía tröôùc. Hình (H.III.1a) laø maïch ñeám khoâng ñoàng boä duøng caùc FF – JK – MS (Flip Flop – JK – Master Slave). Boán FF ñöôïc maéc noái tieáp, ngoõ vaøo JK ñöôïc noái chung laïi vôùi nhau taïo FF-T vaø ngoõ vaøo T ñöôïc maéc leân cao (hay ñeå hôû). Xung ñeám ñöôïc ñöa vaøo FF ñaàu tieân laø FFA, Hình (H.III.1b) trình baøy caùc daïng soùng cuûa maïch ñeám. Hình III.1a Hình III.1.b Caùc FF seõ ñoåi traïng thaùi khi xung vaøo coång Clock ñoåi töø 1 xuoáng 0. Nhö vaäy QA cuûa FFA seõ ñoåi traïng thaùi ôû caïnh sau cuûa xung vaøo ñaàu baèng phaân nöûa. Daïng soùng cuûa QA coù taùc duïng nhö xung ñoàng hoà ñoái vôùi FFB neân taàn soá ra ôû QB baèng phaân nuõa taàn soá QA. Töông töï taàn soá ôû QD baèng phaân nöõa taàn soá ôû QC. Nhö vaäy taùc duïng cuûa maïch laø chia tieáp taàn soá, neân sau boán taàng taàn soá cuûa daïng soùng vaøo ñöôïc chia cho 24 = 16. Ñieàu quan troïng laø trong heä thoáng nhò phaân söï chia ñoâi taàn soá lieân tieáp laïi laø söï ñeám taàn soá. Maïch coù 4 taàn FF nhö treân goïi laø maïch ñeám nhò phaân 4 bit hay maïch ñeám Modulo 16 (24) hay maïch chia cho 16. Maïch ñeám töø 0000 = 010 (Neáu ñöôïc xoùa tröôùc khi coù xung vaøo) leân toái ña 1111 = 1510 roài töï ñoäng quay veà ñeám laïi töø 0000 = 010, baûng Hình (H.III.1.c) chæ ra. Soá xung vaøo Traïng thaùi ra ngay sau khi coù xung vaøo Soá thaäp phaân töông öùng vôùi soá nhò phaân QD QC QB QA Xoùa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 15 0 1 2 Hình III.1.c Öu ñieåm: Öu ñieåm cuûa maïch ñeám khoâng ñoàng boä laø caáu truùc ñôn giaûn. Nhöôïc ñieåm: Thôøi gian treã khaù lôùn, thôøi gian treå tæ leä vôùi soá taêng cuûa maïch ñeám. Tính choáng nhieãu keùm, xung nhieåu coù theå taùc ñoäng vaøo töøng nhòp vaøo cuûa FF vaø coù theå laøm sai leäch keát quaû ñaùng keå. 2./ Maïch ñeám ñoàng boä: Ñaëc tính cuûa maïch ñeám ñoàng boä laø xung ñeám ñöôïc ñöa vaøo caùc taàng ñeám moät caùch song song. Ñeå taïo ra maïch ñeám ñoàng boä cô baûn ngöôøi ta duøng loaïi JF, MS, FF (Hình III. 2.b) laø maïch ñeám ñoàng boä 4 bit, xung vaøo ñöôïc ñöa ñeán taát caû caùc ngoõ vaøo CK. Ñeå phaân tích maïch ñeám ñoàng boä 4 bit ta xeùt thôøi gian treã cuûa hai loaïi maïch ñeám khoâng ñoàng boä vaø maïch ñeám ñoàng boä (H. III.2.a) Hình III.2a ÔÛ maïch ñeám khoâng ñoàng boä thôøi gian treã cuûa 1FF laø tFF vaø thôøi gian treã cuûa toaøn maïch seõ laø St. Neáu maïch ñeám ñöôïc taïo töø 4 FF thì thôøi gian treã seõ laø tS = 4tFF. Nhö vaäy maïch ñeám khoâng ñoàng boä coù thôøi gian treã raát lôùn so vôùi maïch ñeám ñoàng boä, ñaây laø nhöôïc ñieåm cuûa maïch ñeám khoâng ñoàng boä. Ta xeùt maïch ñeám ñoàng boä 4 bit sau ñaây Hình(H. III.2b) FFA ñoåi traïng thaùi cuûa noù theo moãi xung ñeám, sau xung ñeám thöù nhaát QA = 1 cuõng nhö FFA, FFB,FFC, FFD ñaõ nhaän ra xung ñeám thöù nhaát ôû ñaàu vaøo Clock cuûa noù vì QA = QB = QC = QD = 0 neân khi naøy ñaàu vaøo JK cuûa caùc FFB, FFC, FFD töùc laø QB = QC = QD = 0. Ñeán xung thöù hai thì J vaø K cuûa FFB = 1 vaø hai ñaàu naøy ñöôïc noái vôùi QA coøn J vaø K cuûa FFC vaø FFD cuõng baèng 0, coøn FFB ñoåi traïng thaùi töø QB = 0 leân QB = 1, QC vaø QD vaãn giöõ nguyeân traïng thaùi. ÔÛ xung thöù ba thì QB, QC, QD khoâng ñoåi traïng thaùi vì J vaø K cuûa chuùng baèng 0, QA ñoåi traïng thaùi töø 0 – 1 (QA = 1, QB = 1), ôû xun g ñeám thöù tö J vaø K cuûa FFD baèng 0, coøn J vaø K cuûa FFA, FFB, FFC ñeàu baèbg 1 neân chuùng ñoåi traïng thaùi QA = 0, QB = 0, QC = 1,…Xung ñeám thöù 17 thì QA = QB = QC = QD = 0. Öu ñieåm: Ít bò nhieãu so vôùi maïch ñeám khoâng ñoàng boä. Nhöôïc ñieåm: Ñoái vôùi maïch ñeám nhieàu bit thì caùc maïch lieân keát logic cho caùc ñaàu vaøo trôû neân phöùc taïp. 3./ Maïch ñeám voøng (Ring Counter) Maïch ñeám voøng laø loaïi maïch döïa vaøo söï phaân chia nhò phaân, maø döïa vaøo söï di chuyeån voøng quanh cuûa moät ghi chuyeån coù hoài tieáp goïi laø maïch ñeám voøng. Caùc maïch ñeám voøng khoâng höõu hieäu baèng maïch ñeám nhò phaân nhöng do ñôn giaûn hôn vaø coù ñaëc tính rieâng bieät neân ñoâi khi ñöôïc söû duïng. Ñaëc bieät laø caùc maïch naøy hoaït ñoäng ñoàng boä neân coù toác ñoä giao hoaùn cao. Hình(H. III.3a) laø sô ñoà caáu taïo cuûa maïch ñeám voøng. Hình III .3a Hình III.3b Hình (III.3a) laø bieåu dieãn daïng soùng ra cuûa maïch ñeám voøng. Giaû söû ban ñaàu FF cuoái cuøng ñöôïc ñaët ôû QC = 1 coøn hai FF kia ñöôïc xoùa ñeå ngoõ ra QA = QB = 0. Ñoàng hoà taùc ñoäng caïnh sau Q, QA leân 1, QB = 0, QC xuoáng 0. ÔÛ xung thöù 2, QA xuoáng 0, QB leân 1,QC = 0, ôû xung thöù 3, QA = 0, QB = 0, QC leân 1,… Maïch hoaït ñoäng nhö baûng traïnh thaùi hình Hình(H.III.3c), maïch chæ ñeám ñöôïc 3 soá töùc baèng soá taàng FF. Soá xung vaøo QC QB QA 0 1 2 1 0 0 0 0 1 0 1 0 3 4 5 1 0 0 0 0 1 0 1 0 Maïch ñeám hình Hình (H.III.3c) laø maïch ñeám Johnson. Maïch ñöôïc hoài tieáp cheùo töø trôû veà J, Q trôû veà K. Giaû söû ban ñaàu maïch ñöôïc xoùa ñeå QA = QB = QC = 0. ÔÛ traïng thaùi thöù nhaát caïnh sau QA leân 1, QB = QC = 0. ÔÛ xung thöù 2 QA =1, QB leân 1, QC = 0, tieáp theo ôû xung thöù 3 QA = 1, QB = 1, QC leân 1, ñeán xung thöù 4 QA xuoáng 0, QB = 1, QC = 1… Moåi ngoõ ra ôû möùc cao trong 3 chu kyø xung roài laïi xuoáng thaáp trong 3 chu kyø xung, roài laïi leân cao trong 3 chu kyø xung tieáp theo. Hình III.3d Hình III.3c Daïng soùng ngoõ ra laø daïng soùng rieâng coù taàn soá baèng laàn taàn soá xung vaøo, nhöng coù leäch pha nhau. Söï hoaït ñoäng cuûa maïch ñöôïc toùm taét ôû (Hình III.3f) Soá xung vaøo Traïng thaùi ra ngay sau khi coù xung vaøo Soá thaäp phaân töông öùng QC QB QA 0 1 2 3 4 5 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 3 7 6 4 6 7 0 0 0 0 0 1 0 1 Vôùi 3 Flip Flop maïch ñeám ñöôïc Modul M = 6. Ñeå yù laø maïch boû ñi hai traïng thaùi 010 = 510. Vì lyù do ngaãu nhieân luùc baät ñieän hay do nhieãu khi hoaït ñoäng maïch ñeám coù theå rôi vaøo moät trong hai traïng thaùi boû ñi (traïng thaùi caám) vaø sau ñoù chæ thay ñoåi traïng thaùi giöõa caùc traïng thaùi caám naøy. IV./ MAÏCH GIAÛI MAÕ VAØ HIEÅN THÒ: 1./ Maïch giaûi maõ töø BCD sang Led 7 ñoaïn: Coøn goïi laø maïch giaûi maõ 4 ñöôøng sang 10 ñöôøng. Maïch coù 10 ngoõ ra töông öùng vôùi soá thaäp phaân töø 0 ñeán 9 vaø coù 4 ngoõ vaøo. Ngoõ ra töông öùng vôùi maõ nhò phaân vaøo xuoáng thaáp coøn 9 ngoõ ra kia ôû möùc cao. Maïch goàm 4 cöûa ñaûo ñeå taïo ,, vaøo 10 cöûa NAND coù 4 ngoõ vaøo. Ngoõ vaøo cuûa NAND ñaàu tieân laø ,,, ngoõ vaøo cuûa NAND thöù hai laø A,,,, khi D = C = B = A = 0 (010) thì = == = 1 neân ngoõ ra cuûa cöûa NAND ñaàu tieân, töùc ngoõ ra xuoáng thaáp (0) coøn caùc ngoõ ra kia ñeàu ôû möùc cao. Khi coù maéc theâm ñeøn Led (vaø caùc ñieän trôû giôùi haïn doøng) nhö Hình (H.IV.1a), ñeøn Led 0 seõ saùng coøn caùc ñeàn Led kia seõ taét. Khi D = C = B = 0; A = 1 ( töùc DCBA = 10) ngoõ ra cuûa cöûa NAND thöù hai xuoáng thaáp vaø ñeøn Led 1 saùng, coøn caùc ñeøn khaùc taét. Hình IV.1.a 2./ Maïch hieån thò: a./Ñeøn cathod laïnh Tröôùc khi coù ñeøn Led, caùc loaïi ñeøn Cathod laïnh (Cathod khoâng ñöôïc söôûi noùng bôûi tim ñeøn) ñöôïc söû duïng Hình (H.IV.2.a1) Ñeøn chöùa moät khí trô beân trong oáng thuûy tinh, ñeøn goàm moät anod vaø 10 catod, caùc catod laø moät mieáng kim loaïi moõng coù hình töø 0 ñeán soá 9 ñöôïc xeáp haøng saùt nhau (nhöng khoâng ñuïng nhau) töø tröôùc ra sau, thöôøng coù theâm moät catod hình daáu chaám thaäp phaân. Moät ñieän theá döông töø vaøi chuïc Volt trôû leânh ñöôïc ñöa vaøo anod qua moät ñieän trôû. Khi moät catod ñöôïc noái Mass thì ñeøn daãn ñieän (côõ vaøi mA) vaø xung quanh catod coù moät vuøng khoâng gian saùng röïc (roäng khoûang 1 mm). Hình IV.2.a1 Hình IV.2.a2 Do söï ion hoùa, trong khi ñoù caùc catod khaùc khoâng saùng. (Hình IIV.2a1) laø bieåu dieãn cuûa ñeøn coù catod laïnh vaø Hình (H.IV.2.a2) laø hình daïng cuûa ñeøn nhìn töø phía tröôùc khi ñeøn hieän soá 2. Moät soá IC giaûi maõ 4 ñöôøng sang 10 ñöôøng: 7441: Giaûi maõ BCD sang thaäp phaân, ngoõ ra chòu Volt cao ( 60V). 7442/LS42: Giaûi maõ BCD sang thaäp phaân. 7445: Giaûi maõ BCD sang thaäp phaân, doøng lôùn ( 80mA) 7414L: Giaûi maõ BCD sang thaäp phaân, ngoõ ra chòu Volt cao (60V). 74145/LS145: Giaûi maõ BCD sang thaäp phaân, doøng lôùn (80mA). ÖÙng duïng cuûa IC 74145/LS145 vaø IC 7445. Maïch giaûi maõ 7441 coù ngoõ ra chòu Volt cao (khoaûng 60 volt) neân raát thích hôïp ñeå hoaït ñoäng caùc ñeøn catod laïnh Hình (H.IV.2.c). Xung muoán ñeám ñöôïc ñöa vaø chaân (Clock) cuûa IC 7490. Ngoõ ra BCD cuûa maïch ñeám ñöôïc ñöa ñeán ngoõ vaøo töông öùng cuûa 7441. Ngoõ ra 0 ñeán 9 cuûa 7441 ñöôïc noái tröïc tieáp ñeán ngoõ vaøo töông öùng cuûa ñeøn catod laïnh. Hình IV.2.a.3 Hình IV.2a.4 Hình IV.2a.4 laø öùng duïng ñeå chæ baùo cuûa 7445, ngoõ vaøo 7445 chæ chòu ñöôïc 5V nhöng coù theå nhaän doøng lôùn (ñeán 80mA) neân chæ coù theå duøng ñeå thuùc tröïc tieáp. b./ Ñeøn Led 7 ñoaïn: Moät trong caùc soá chæ baùo thoâng duïng laø ñeøn Led 7 ñoaïn. Ñeøn goàm 7 ñoaïn mang teân a, b, c, d, e, f, g ñöôïc saép xeáp theo hình soá 8, xem hình (H.IV.2.b.1). Beân döôùi maët 7 ñoaïn laø moät soá ñeøn Led (thöôøng laø 7) vaø heä thoáng phaûn chieáu aùnh saùng leân maët. Tuøy toå hôïp caùc ñoaïn saùng maø ta coù caùc soá vaø chöõ khaùc nhau. Hình IV.2.b.1 Hình IV.2.b.3 Veà phöông dieän ñeøn Led 7 ñoaïn coù hai loaïi ñoù laø loaïi Anod chung vaø hình (H.IV.2.b.2) vaø loaïi Catod chung hình (H.IV.2.b.3). Caùc ñieän trôû haïn doøng khoaûng 220W ñeán 470W, neáu VCC = 5 V ñeå giôùi haïn doøng vaø bieåu thò cuûa maïch giaûi maõ. Tuøy toå hôïp caùc baät ñoùng maø toå hôïp töông öùng cuûa caùc Led (bieåu thò cho caùc ñoaïn) saùng ñeå taïo caùc soá hay caùc chöõ. Moät soá IC giaûi maõ BCD sang Led 7 ñoaïn Loaïi Möùc taùc ñoäng Maïch ra Doøng ñieän Ñieän theá toái ña Coâng suaát tieâu taùn 7446A 7447A 7448 74LS47 74LS48 74LS49 Thaáp Thaáp Cao Thaáp Cao Cao Cöïc thu ñeå hôû Cöïc thu ñeå hôû Keùo leân 2KW Cöïc thu ñeå hôû Keùo leân 2KW Cöïc thu ñeå hôû 40mA 40mA 6,4mA 24mA 6mA 8mA 30V 15V 5,5V 15V 5,5V 5,5V 320mW 320mW 385mW 3,5mW 125mW 40mW Khaûo saùt IC 7447A Hình IV.2b.4 7447A coù ngoõ ra cöïc thu ñeå hôû vaø ñuû doøng ñeå thuùc caùc chæ baùo tröïc tieáp. Ngoõ ra taùc ñoäng möùc thaáp neân thích hôïp ñeå thuùc caùc Led 7 ñoaïn anod chung hay caùc ñeøn chòu doøng thaáp. Maïch hoaït ñoäng theo baûng söï thaät sau (Hình IV.2.b5). Trong ñoù vôùi ngoõ ra laø moät daïng soùng vaø ngoõ ra 0 laø taét, nghóa laø neáu 7447 thuùc ñeøn Led 7 ñoaïn thì caùc ñoaïn a, b, c, d, e, f, g cuûa ñeøn seõ saùng hay taét tuøy theo ngoõ ra töông öùng cuûa 7447 laø 1 hay 0. Keát quaû laø khi maõ soá nhò phaân 4 bit vaøo coù giaù trò thaäp phaân töø 0 ñeán 15, ñeøn Led hieän leân caùc soá vaø daáu nhö ôû hình (Hình IV. 2b.6). Ñeå yù laø khi maõ soá nhò phaân vaøo laø 1111 = 1510 thì ñeøn taét. Thaäp phaân LT RBI D C B A RBO A B c d e f g Ghi chuù 0 1 2 3 1 1 1 1 1 x x x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 4 5 6 7 1 1 1 1 X X X X 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 8 9 10 11 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 12 13 14 15 1 1 1 1 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 010 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 BI RBI LT X 1 0 X 0 X X 1 X X 1 X X 1 X X 1 X 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 2 3 4 Hình IV.2b.6 Baûng söï thaät Hình (H.IV.2.b.5) coù caùc ghi chuù: Ngoõ vaøo xoùa BI ñöôïc ñeå khoâng hay noùi leân cao Khi noái BI ñeán möùc thaáp, caùc ngoõ ra ñeàu taét, baát chaáp traïng thaùi ôû ngoõ vaøo khaùc. Khi RBI vaø caùc ngoõ vaøo ABCD ôû möùc thaáp vaø caùc ngoõ vaøo thöû ñeøn LT (Lamp test) ôû cao, caùc ngoõ ra ñeàu taét vaø ngoõ ra xoùa daïng soùng, RBO xuoáng thaáp. Khi ngoõ vaøo BI (RBO) ñeå khoâng hay noái leân cao vaø ngoõ vaøo LT giöõ möùc thaáp, caùc ngoõ ra ñeàu saùng. V./ GIAO TIEÁP COÂNG SUAÁT: 1./ Khaû naêng doøng vaø theá cuûa TTL vaø CMOS a./ Ñaëc tính cuûa TTL: Maïch Logic TTL coù nhieàu loaïi ra: Maïch keùo leân thuï ñoäng töùc coù ñieän trôû noái töø cöïc thu cuûa Transistor leân VCC. Loaïi maïch naøy khoâng ñöôïc duøng khoâng ñöôïc duøng ôû maïch Logic TTL. Loaïi maïch thöù hai laø maïch cöïc thu ñeå hôû töùc laø cöïc thu Transistor noái tröïc tieáp leân nguoàn VCC. Maïch thöù ba laø maïch keùo leân tích cöïc töùc coù theâm Transistor giöõa cöïc thu Transistor vaø nguoàn VCC, loaïi maïch naøy thoâng duïng nhaát laø maïch ra coät chaïm. Maïch thöù tö laø maïch ra ba traïng thaùi, maïch naøy coù caáu taïo gaàn gioáng maïch coät chaïm. Do ñoù ta coù theå laáy maïch kieåu coät chaïm bieåu thò cho TTL. Ñaëc tính ngoõ vaøo Ñaëc tính ngoõ ra Hình V.1a Ñaëc tính ngoõ vaøo goàm coù: Ñieän theá ôû möùc cao toái thieåu laø 2V. Doøng möùc cao toái ña 40mA. Ñieän theá toái ña möùc thaáp 0,8V. Doøng ñieän toái ña möùc thaáp –1,6mA. Ñaëc tính ngoõ ra goàm coù: Ñieän theá ôû möùc cao toái thieåu laø 2,4V. Doøng möùc cao -400mA. Ñieän theá toái ña möùc thaáp 0,2V. Doøng ñieän toái ña möùc thaáp 1,6mA. b./ Ñaëc tính cuûa CMOS: Ñieän aùp ñaët vaøo caùc moái noái ngoõ vaøo cuûa IC phaûi naèm trong caùc mieàn chaáp nhaän ñöôïc, CMOS seõ xem caùc ñieän aùp vaøo noû hôn hoaëc baèng 1V nhö möùc Logic thaáp, vaø xem ñieän aùp naøo lôùn hôn hoaëc baèng 3,5V laø ôû möùc Logic cao. Hình V.1b Cöûa ñaûo CMOS laø moät maïch CMOS cô baûn goàm moät Transistor MOS keânh P (goïi laø PMOS) noái vôùi moät Transistor MOS keânh N (goïi laø NMOS). Cöïc cöûa noái chung vôùi nhau vaø laø ngoõ vaøo, cöïc thoaùt ñöôïc noái chung vôùi nhau vaø laø ngoõ ra. Cöïc ngôøn cuûa MOS keânh P noái leân ñieän theá Vdd döông vaø cöïc nguoàn cuûa MOS keânh N noái xuoáng ñieän theá VSS nhöng thöôøng laø Mass. Khi ngo vaøo ôû möùc cao (H). MOS keânh P ngöng daãn, MOS keânh N phaân cöïc thuaän nhöng chæ coù doøng Idd ôû treân ñoå xuoáng neân VSS raát thaáp gaàn nhö Mass. Ngöôïc laïi khi ngoõ vaøo ôû möùc thaáp (0) MOS keânh P daãn ñieän coøn MOS keânh N ngöng vaø ngoõ ra ñieä theá gaàn Vdd. Vì doøng ñieän khi chöa coù taûi raát nhoû neâm maïch tieâu thuï coâng suaát raát thaáp. Do toång trôû vaøo cuûa maïch Logic CMOS raát lôùn neân soá toû ra cuûa maïch CMOS ñoái vôùi caùc CMOS khaùc cuõng raát lôùn treân 50, khi giao tieáp vôùi caùc taûi khaùc loaïi, caùc maïch CMOS khaùc bò giôùi haïn veà doøng ñieän. c./ Ñaëc tính cuûa taûi: Taûi coù theå laø thuaàn trôû, caûm khaùng, tuyeán tính hay phi tuyeán. Ñoái vôùi taûi tuyeán tính söï xaùc ñònh ñoä lôïi, coâng suaát caàn thieát khaù ñôn giaûn. Coøn ñoái vôùi taûi phi tuyeán ta phaûi xeùt caùc tröôøng hôïp chuyeån tieáp ñeå baûo ñaûm caùc chæ tieâu kyõ thuaät cuõa nhöõng boä phaän khoâng bò vöôït quaù. Taûi phi tuyeán ñöôïc ñieån hình nhö moät boùng ñeøn hay ñoäng cô ñieän. (Hình V.1c) bieåu dieãn doøng ñieän, ñieän theá vaø coâng suaát tieâu taùn cuûa moät boùng ñeøn ñieän ñöôïc thuùc bôûi maïch giao tieáp coù hfc. Hình V.1c khoâng haïn cheá, nghóa laø noù coù theå cung caáp doøng naøo maø taûi caàn thieát. Doøng ñieän seõ laø moät haøm muõ khi tim ñeøn saùng leân. Coâng suaát tieâu taùn seõ laø tích soá cuûa ñieän theá vaø doøng ñieän. Khi maïch giao tieáp coù hfc haïn cheá nghóa laø noù khoâng theå cung caáp taát caû caùc doøng ñieän ñænh ñoøi hoûi bôûi taûi thì coâng suaát tieâu taùn laø lôùn hôn, luùc naøy doøng ñieän ñænh nhoû hôn tröôùc nhöng coâng suaát laïi lôùn hôn do maïch cung caáp ñuû doøng ñeå daãn vaøo vuøng baõo hoøa, coâng suaát naøy coù theå vöôït quaù chæ tieâu cuûa taûi. Do ñoù trong thöïc haønh ngöôøi ta thieát keá maïch giao tieáp coù ñuû khaû naêng khueách ñaïi doøng ôû ñieåu kieän chuyeån tieáp. 2./Giao tieáp giöõa CMOS vôùi phaàn töû coâng suaát: Ñaëc tính doøng ñieän ra cuûa CMOS cho thaáy khaû naêng doøng nguoàn vaø doøng nhaän cuûa CMOS raát ña daïng tuøy thuoäc vaøo loaïi thöôøng hay loaïi ñaëc bieät. Muoán thieát keá chíng xaùc phaûi coù ñaày ñuû caùc thoâng soá lieân quan ñeán CMOS döï ñònh duøng. CMOS khoâng theå thuùc tröïc tieáp moät ñeøn Led ngay caû khi hoaït ñoäng ôû Vdd = 15V. Hình (H.V.2a) trình baøy caùch thuùc Led duøng Transistor giao tieáp Hình V.2a Khi muoán CMOS thuùc taûi coù yeâu caàu doøng lôùn ta duøng Transistor Darlington coù hfe töông ñöông raát lôùn thöôøng laø treân 1000. Khi taûi hoaït ñoäng ôû theá lôùn thì phaûi theâm Transistor caùch ly cao theá khoûi maïch CMOS sau ñoù ta coù theå duøng Transistor Darlington coâng suaát. Khi taûi coù yeâu caàu doøng lôùn ta coù theå theo hình V.2.b. 3./ Giao tieáp giöõa CMOS vôùi Triac vaø Thyristor: Khi taûi hoaït ñoäng vôùi ñieän xoay chieàu, chuû yeáu laø maïng ñieän 50HZ vôùi ñieän aùp laø 110V hay 220V, boä phaän thuùc taûi tröïc tieáp laø Triac hay Thyristor, taát nhieân laø phaûi coù theân Transistor laøm trung gian giöõa maïch Logic vaø Triac hay Thyristor. Coù nhieàu ñaëc tính kyõ thuaät lieân quan ñeán Triac hay Thyristor, quan troïng nhaát laø doøng ñieän toái ña, ñieän aùp ñænh maø khoâng bao giôø vöôït quaù. Doøng naøy toái thieåu phaûi aùp duïng ôû cöûa thay ñoåi vaøi traêm ôû Thyristor, Triac nhaïy, chuû yeáu laø loaïi coâng suaát thaáp, ñeán vaøi chuïc mA ôû coâng suaát lôùn. ÔÛ tröôøng hôïp maïch TTL hay CMOS coù theå thuùc tröïc tieáp cöûa Thyristor hay Triac, coøn phaûi duøng Transistor laøm trung gian. Hình V.3a Hình V.3a trình baøy giao tieáp maïch Logic vôùi Triac hay Thyristor ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng ôû maïch ñieän xoay chieàu. Hình V.3b 4./ TTL taùc ñoäng möùc thaáp vôùi taûi hoaït ñoäng ôû möùc cao, doøng thaáp: Taûi ñieån hình nhaát trong tröôøng hôïp naøy laø Led coù doøng tieâu bieåu laø 10mA vaø coù ñieän theá hoaït ñoäng (1,7 – 2,1)V, khi ngoõ ra Y thaáp (hình V.4) Transistor T0 ngöng daãn, T1 baõo hoøa vaø nhaän doøng toái ña 16mA neân coù theå taùch ñöôïc Led, phaûi theâm ñieän trôû giôùi haïn doøng. =>R=300W Hình V.4 5./ TTL taùc ñoäng ôû möùc cao: Vaán ñeà cô baûn nhaát laø khi ngoõ ra ôû möùc cao maïch TTL chæ coù theå cung caáp doøng ñieän raát haïn cheá 400mA, ôû TTL loaïi thöôøng, doøng ñieän khoâng chæ ñuû saùng ngay caû ñeøn led. Ta coù theå theâm cöûa ñeå laät traïng thaùi vaø duøng khaû naêng doøng lôùn ôû möùc thaáp ñeå hoaït ñoäng taûi. Ta cuõng coù theå duøng Transistor giao tieáp nhö hình (H.V.5) Hình V.5 6./ TTL taùc ñoäng ôû möùc thaáp Hình V.6 Khi taûi tieâu thuï doøng thaáp, nhöng theá cao môùi hoaït ñoäng ñöôïc nhö Rôle, ñeøn Neon, maïch giao tieáp coøn coù nhieäm vuï caùch ly cao theá khoâng taùc ñoäng leân Transistor beân ngoaøi maïch. Hình V.6c Chöông III THIEÁT KEÁ MAÏCH ÑEÁM TAÀN SOÁ I./ KHOÁI TOAØN SÔ ÑOÀ MAÏCH: 1./ Sô ñoà khoái toaøn maïch: 2./ Trình baøy nguyeân lí toaøn maïch Khoái dao ñoäng chuaån 32KHZ: Taïo dao ñoäng coù taàn soá oån ñònh, töø dao ñoäng naøy chia xuoáng ñeå ñöôïc dao ñoäng coù taàn soá xung laø 1HZ. Khoái chia: Ñeå taïo xung ñieàu khieån coù taàn soá 1HZ töø dao ñoäng chuaån. Khoái khoáng cheá 1 giaây: Taïo söï ñoàng boä cho maïch laøm vieäc. Khoái chia taàn: Nhaèm môû roäng giôùi haïn taàn soá caàn ño. Khoái ñeám: laø maïch ñeám xung cuûa tín hieäu vaøo döôùi daïng maõ BCD. Khoái giaûi maõ: Chuyeån ñoåi maõ soá töø khoái ñeám sang maõ soá cuûa khoái hieån thò töông öùng, cuï theå laø boä ñeám laø maõ BCD coøn hieån thò laø LED 7 ñoaïn thì caàn duøng IC giaûi maõ BCD sang LED 7 ñoaïn. Khi soá löôïng LED hieån thò nhieàu thì ngöôøi ta duøng kyõ thuaät chæ baùo ña hôïp ñeå giaûi maõ. Khoái chænh daïng xung: Maïch ñeám chæ laøm vieäc vôùi tín hieäu coù daïng xung vuoâng, khoái naøy chænh daïng soùng cho ñuùng yeâu caàu cuûa maïch ñeám. Khoái giaûm bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo nhaèm haïn cheá bieân ñoä tín hieäu cho phuø hôïp vôùi maïch ño. Khoái nguoàn: Cung caáp nguoàn noâi cho toaøn maïch hoaït ñoäng. 3./ Ñaëc ñieåm vaø yeâu caàu maïch thieát keá: a./ Yeâu caàu cuaû maïch: Taàn soá laøm vieäc cuûa maïch naèm trong daõy taàn soá aâm taàn töø 5 ñeán 20KHZ. Ñoä mieãn nhieãu phaûi cao. Maïch phaûi coù coâng suaát tieâu taùn thaáp. Töø nhöõng ñaëc ñieåm vaø yeâu caàu naøy ta choïn IC laøm vieäc thuoäc hoï CMOS laø loaïi IC coù nhöõng ñaëc ñieåm phuø hôïp vôùi yeâu caàu. b./ Ñaëc ñieåm cuûa hoï CMOS: Ñieän aùp nguoàn nuoâi coù theå thay ñoåi töø 3 V ñeán 15V, thoâng soá kyõ thuaät cho trong soå tay thöôøng aùp duïng nguoàn 5V ñeán 10 V, cuõng coù moät soá vi maïch cho pheùp nguoàn ôû 15 V, thoâng thöôøng ñieän aùp nguoàn nuoâi cho hoï CMOS laø 5 V. Coâng suaát tieâu taùn cho moãi cöûa coång raát thaáp, 5nW ôûnguoàn nuoâi laø 5V. Giöõa hoï 40xx vaø hoï 74xx coù cuøng ñieän aùp nguoàn laø 5V nhöng caùc möùc ñieän aùp vaøo ra vaø caû leà nhieãu cuaû hai cuõng khoâng gioáng nhau, leà nhieãu cuûa CMOS laø 1V vaø TTL laø 0.4 V. Ñoä mieãn nhieãu cao thöôøng 45% ñieän theá nguoàn cung caáp VDD. Toác ñoä giao hoaùn thaáp vaøo khoaûng 5 MHZ. Doøng ñieän ngoõ vaøo nhoû khoaûng 10 nA. Toång trôû ngoõ vaøo raát lôùn W maéc song song vôùi tuï ñieän 5 pF. Toång trôû ngoõ ra nhoû khoaûng vaøi traêm OHM. CMOS khoâng theå thuùc tröïc moät ñeøn LED ngay caû khi hoaït ñoäng ôû 15 V. Caùc CMOS ñeäm coù khaû naêng doøng khaù lôùn. Do toång trôû vaøo maïch logic CMOS lôùn neân soá fan out cuõng lôùn treân 50. Raát ít nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä. Nhieät ñoä laøm vieäc: Thöông maïi: 40 °C ñeán 85 °C. Trong quaân ñoäi: 55°C ñeán 125 °C. Thôøi gian treã ñoái vôùi maïch logic CMOS laø khoâng ñaùng keå. II./ MAÏCH DAO ÑOÄNG CHUAÅN: 1./ Maïch dao ñoäng chuaån taàn soá 32 khz: Maïch ño taàn soá hoaït ñoäng döïa treân nguyeân taéc laø ñeá xung tín hieäu vaøo trong thôøi gian 1 giaây. Trong thieát bò ño löôøng ñieän thì ñoä chính xaùc cuûa thieát bò ñöôïc ñaët leân haøng ñaàu vì vaäy maïch dao ñoäng chuaån naøy ñöôïc taïo ra töø maïch dao ñoäng duøng thaïch anh coù taàn soá laø 32 KHZ. Coång NOT N1, N2 keát hôïp vôùi ñieän trôû R1, R2 tuï ñieän C vaø thaïch anh XTAL ñeå taïo maïch dao ñoäng coù taàn soá dao ñoäng ñuùng baèng taàn soá cuûa thaïch anhlaø 32 KHZ. Coång NOT N3 laø coång ñeäm nhaèm phaân caùch taûi vôùi maïch dao ñoäng ñoàng thôøi taêng khaû naêng doøng vaø ñònh daïng soùng cuûa nguoàn tín hieäu dao ñoäng. Xung môû coång and ñeå ñöa tín hieäu caàn ño vaøo maïch ñeám trong thôøi gian laø 1 giaây nghóa laø taàn soá xung môû coång laø 1 HZ, do ñoù caàn phaûi coù maïch chia taàn soá chuaån 32 KHZ xuoáng taàn soá thaáp laø 1 HZ. 2./ Maïch chia taàn soá taïo dao ñoäng coù taàn soá 1hz Trong maïch naøy ta söû duïng caùc loaïi IC ñeám thaäp phaân ñeå taïo thaønh maïch chia, ñeå dao ñoäng 1 HZ töø dao ñoäng chuaån 32 KHZ thì caàn maïch chia 32000. Daïng maïch chia nhö sau: IC ñeám 4518B bao goàm hai boä ñeám 10 beân trong ta keát noái laïi ñeå ñöôïc boä chia 100 chaân 7, 15 laø ngoõ vaøo reset maïch ñeám taùc doäng ôû möùc cao, ñeå maïch ñeám bình thöôøng neân ñöôïc noái xuoáng mass. Chaân 6, 10 noái chung laïi vôùi nhau ñeå ñöa tín hieäu töø taàng tröôùc sang taàng sau. Chaân 1, 9 laø ngoõ vaøo xung clock taùc ñoäng ôû caïnh sau ñöôïc noái mass. Tín hieäu xung ñöôïc ñöa vaøo chaân 2 laø ngoõ vaøo xung clock taùc ñoäng ôû caïnh tröôùc, tín hieäu xung laáy ra ôû chaân 14 coù taàn soá laø 320 HZ ñöôïc ñöa tieáp vaøo maïch 320. Boä chia 327 söû duïng IC 4040B laø loaïi IC ñeám nhò phaân coù 12 ngoõ ra töø 00 ñeán 011, soá ñeám toái ña laø 2048 nhöng do yeâu caàu laø maïch chæ chia ñeán 327 neân caàn söû duïng caùc coång and ñeå toång hôïp caùc ngoõ ra ñeå ñöôïc maïch chia 327. Soá thaäp phaân 327 ñöôïc maõ hoùa theo soá nhò laø 101000111, caùc ngoõ ra ôû möùc cao [1] ñöôïc ñöa vaøo caùc ngoõ vaøo cuûa coång and, ngoõ ra cuoái cuøng cuûa coång and A4 laø tín hieäu xung coù taàn soá 1 HZ, ñoàng thôøi tín hieäu naøy cuõng ñöôïc ñöa veà chaân 11 cuûa IC 4040B reset laïi maïch chia. III./ MAÏCH CHIA TAÀN SOÁ NGOÕ VAØO VAØ MAÏCH KHOÁNG CHEÁ THÔØI GIAN ÑEÁM TRONG 1 GIAÂY: 1. Maïch chia taàn soá: Do maïch hieån thò chæ duøng 4 LED neân keát quaû ño coù theå hieån thò ñöôïc laø 9999 HZ, nhöng yeâu caàu ñaët ra khi thieát keá laø thieát bò phaûi ñaùp öùng ñöôïc taàn soá 20000 HZ vì vaäy caàn coù maïch chia taàn soá tín hieäu ngoõ vaøo neáu nhö khi ño tín hieäu coù taàn soá lôùn hôn 9999 HZ thì ta chuyeån sang giai ño nhaân 10 hay nhaân 100 ñeå deã ñoïc keát quaû hôn. Töø nhöõng yeâu caàu ñaët ra ta thieát keá daïng maïch chia nhö sau: Duøng hai IC 4017B laø loaïi IC ñeám 10 thuoäc hoï CMOS vaø coâng taéc 3 vò trí ñeå taïo caùc giai ño. Trong maïch naøy söû duïng IC 4017B laøm phaàn töû chia ñeå ñôn giaûn cho vieäc thieát keá maïch in hôn laø duøng IC ñeám 4518B nhöng phaûi duøng ñeán hai IC môùi coù ñöôïc boä chia 100. Tín hieäu caàn ño taàn soá ñöpôïc ñöa vaøo chaân 14 cuûa IC1, ngoõ ra 09 (chaân 11) ñöôïc noái qua chaân 14 cuûa IC2 ñeå ñöôïc chia tieáp doàng thôøi tín hieäu cuõng ñöôïc laáy ra laøm giai ño nhaân 10 vì taàn soá ñaõ ñöôïc chia ñi 10 laàn so vôùi tín hieäu taïi ngoõ vaøo.Taïi chaân 11 cuûa IC2 tín hieäu cuõng ñöôïc laáy ra lam giai ño nhaân100 vì tín hieäu ñaõ ñöôïc chia 100 laàn so vôùi taàn soá tín hieäu taïi ngoõ vaøo chaân 14 cuûa IC1, ngay ngoõ vaøo naøy cuõng laáy tín hieäu ra laøm giai ño (x1) Khi coâng taéc ôû vò trí (1) thì keát quaû hieån thò treân maøn hình ta ñoïc bình thöôøng, nghóa laø keát quaû hieån thò treân maøn LED laø 150 thì ñoïc keát quaû cuûa pheùp ño laø 150 HZ. Khi coâng taéc ôû vò trí ( 2 ) giaû söû treân phaàn hieån thò laø 15 thì keát quûa cuûa pheùp ño ñoïc laø 15 x 10 =150 HZ nghiaõ laø coù 10 xung vaøo thì môùi coù moät xung ra, cöù nhö theá coù 100 xung vaøo thì coù 10 xung ra nhö vaäy ñieåm naøy töông vôùi giai ño nhaân 10. Khi coâng taéc ôû vò trí (3) coù 100 xung vaøo ôû chaân 14 cuûa IC1 thì coù 1 xung ra ôû chaân 11 cuûa IC2 hay coù 1000 xung vaøo thì coù 10 xung ra nhö vaäy vò trí naøy töông öùng vôùi giai ño nhaân 100. Toùm laïi, keát quaû cuûa pheùp ño baèng keát quûa hieån thò nhaân vôùi giai ño. 2 . Maïch khoáng cheá thôøi gian ñeám trong 1 giaây: Nhö ñaõ trình baøy trong phaàn 2 laø maïch hoaït ñoäng döïa treân nguyeân taéc laø maïch ñeám xung trong 1 giaây. Ta caàn maïch môû coång cho tín hieäu caàn ño taàn soá vaøo maïch ñeám trong 1 giaây sau ñoù ñoùng khoâng tín hieäu qua. Maïch ñeám vaø giaûi maõ hieån thò keát quaû treân LED, keát quaû naøy ñöôïc löu giöõ laïi trong suoát thôøi gian reset maïch ñeám vaø chu kì ñeám laàn sau. Döïa vaøo baûng traïng thaùi cuûa coång and coù theå ñaùp öùng ñöôïc yeâu caàu cuûa maïch khoùa tín hieäu ngoõ vaøo: Baûng traïng thaùi A B Y ( ngoõ ra) 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 Tín hieäu ñieàu chính laø dao khieån ñoäng chuaån coù taàn soá 1 HZ IC ñeám 4017 B coù caùc ngoõ ra thay ñoåi traïng thaùi laàn löôït theo tín hieäu xung 1 HZ nghiaõ laø moãi thôøi ñieåm chæ coù moät ngoõ ra ôû möùc cao coøn caùc ngoõ ra khaùc ñeàu ôû möùc thaáp. Luùc ñaàu, ngoõ ra 00 = [1] coång and ñöôïc môû cho pheùp tín hieäu vaøo maïch ñeám sau thôøi gian 1 giaây 00 chuyeån sang traïng thaùi möùc thaáp coång and ñöôïc khoaù khoâng cho tín hieäu vaøo maïch ñeám vaø luùc naøy ngoõ ra 01 ôû traïng thaùi möùc cao thoâng qua coång NOT traïng thaùi ñöôïc ñaûo laïi laø möùc thaáp cho pheùp maïch giaûi maõ xuaát keát quaû ñeám leân maøn LED cuõng sau thôøi gian 1 giaây ngoõ ra 01 chuyeån sang traïng thaùi möùc thaáp ôû ngoõ ra coång NOT laø möùc cao cho pheùp maïch choát keát quaû vöøa hieån thò, ngoõ ra 02 chuyeån traïng thaùi töù möùc thaáp sang möùc cao reset laïi toaøn boä maïch ñeám vaø ngay caû IC 4017B laøm cho ngoõ ra 00 chuyeån traïng thaùi töø möùc thaáp sang möùc cao maïch baét ñaàu hoaït ñoäng nhö chu kì ñaàu laø ñeám xung tín hieäu vaøo - choát keát quaû hieån thò - reset laïi maïch ñeám. Daïng soùng moâ taû nguyeân lyù hoaït ñoäng cuaû maïch: IV./ MAÏCH GIÔÙI HAÏN BIEÂN ÑOÄ TÍN HIEÄU NGOÕ VAØO: Maïch ño taàn soá söû duïng vi maïch soá, nhö ñaõ giôùi thieäu IC soá chæ laøm vôùi tín hieäu ôû daïng xung coù hai möùc ngöôõng phaân bieät roõ raøng. Giôùi haïn bieân ñoä tín hieäu cho pheùp maïch coù theå laøm vieäc ñöôïc laø phaûi lôùn hôn 2Vp-p vaø nhoû hôn 5 Vp-p, neáu nhö bieân ñoä tín hieäu quaù nhoû thì caàn coù maïch khueách ñaïi vaø ngöôïc laïi bieân ñoä quaù lôùn thì caàn maïch haïn cheá bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo: 1 . Maïch khueách ñaïi tín hieäu ngoõ vaøo: Ñeå ñaùp öùng ñöôïc caùc tín hieäu coù bieân ñoä thaáp töø haøng mV thì caàn maïch khueách ñaïi ñeå naâng bieân ñoä leân haøng volt môùi ñaùp öùng ñöôïc bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo maïch ñeám. Trong maïch naøy ta duøng IC 741 laøm phaàn töû khueách ñaïi, heä soá khueách ñaïi cuûa maïch phaûi cao nhöng neáu duøng moät taàng khueách ñaïi thì maïch laøm vieäc khoâng oån ñònh vaø khoâng ñaùp öùng ñöôïc daûi taàn soá tín hieäu caàn ño. Vì vaäy ta thieát keá maïch duøng hai taàng khueách ñaïi, ngöôõng bieân ñoä tín hieäu thaáp nhaát laø 10 mV. Daïng maïch khueách ñaïi nhö sau: 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: f gh = R2 =1k W , C1 = = 0.1 mF Heä soá cuûa maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo A = 1 + 1 + = 100 R3 = 99 R2 R3 = 99 k W 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 1 + = 3 R4 = 2 R5 = 2 k W 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 W Common mode rejection 90 db ( min 70 db ) Slew rate 0.5 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 R1=== 1KW Khi tín hieäu ngoõ vaøo laø Vi = 10 V R2 == 500 W 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. 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 theá 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: 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 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: 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- 18 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: 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: Ngoõ vaøo ( input ) Ngoõ ra ( output) Display LE BI LT D C B A a b c d E g f X X L X X X X H H H H H H H X L H X X X X L L L L L L L Blank L H H L L L L H H H H H H L 0 L H H L L L H L H H L L L L 1 L H H L L H L H H L H H L H 2 L H H L L H H H H H L L L H 3 L H H L H L L L H H L L H H 4 L H H L H L H H L H H L H H 5 L H H L H H L L L H H H H H 6 L H H L H H H H H H L L L L 7 L H H H L L L H H H H H H H 8 L H H H L L H H H H L L H H 9 L H H H L H L L L L L L L L Blank L H H H L H H L L L L L L L Blank L H H H H L L L L L L L L L Blank L H H H H L H L L L L L L L Blank L H H H H H L L L L L L L L Blank L H H H H H H L L L L L L 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: 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. 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. Ñieän trôû RC = RC = = 400 W R1 = = 330 W Ñeå transistor laøm vieäc trong vuøng baûo hoaø thì ñieän trôû RB = 10 RC RB = 4 KW 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 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 10mF noái töø chaân ADJ xuoáng mass ñeå trieät tieâu ñoä gôïn ñieän aùp, tuï 0.1mF duøng loïc nhieãu taàn soá cao laøm cho ñieän aùp ngoõ ra coù daïng phaúng hôn. Ñieän trôû R = 120W vaø bieá trôû VR = 2 kW 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. IC 4511B ( 1,2,3,4) giaûi maõ BCD sang LED 7 ñoaïn IC 741 (1,2 ) khueách ñaïi bieân ñoä tín hieäu ngoõ vaøo IC 4017B (2 ,3 ) maïch chia taàn soá tín hieäu ngoõ vaøo taïo caùc giai ño x1, x10 , x100. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi caáp nguoàn cho maïch, luùc naøy chöa coù tín hieäu ngoõ vaøo treân maøn hình hieån thò laø soá 0. Khi ñöa tín hieäu caàn ño taàn soá vaøo, chuù yù ñeán bieân ñoä ñeå ñieàu chænh coâng taéc SW1 ôû vò trí phuø hôïp khi bieân ñoä tín hieäu quaù lôùn maø khoâng laøm hoûng maïch. Tín hieäu caàn ño sau khi maïch giôùi haïn bieân ñöôïc ñöa vaøo IC 40106 ñeå daïng meùo xung neáu coù hoaëc chænh daïng soùng sin thaønh xung vuoâng. Neáu nhö ta ñeå coâng taéc SW2 ôû vò trí (x1) thì keát quaû hieån thò chính laø keát quaû cuûa pheùp ño, neáu coâng taéc ôû vò trí (x10 hay x100) thì keát quûa cuûa pheùp ño seõ baèng keát quûa hieån thò nhaân vôùi giai ño( x10 hay x100). Tín hieäu sau khi ñöôïc söûa daïng ñöôïc ñöa vaøo moät ngoõ vaøo coång AND ngoõ vaøo coøn laïi laø tín hieäu ñieàu khieån coù taàn soá xung laø 1HZ. Phaàn xung 1HZ ñöôïc taïo töø dao ñoäng chuaån 32KHZ ñöa ñeán ngoõ vaøo IC 4017, ngoõ ra O0 ñöôïc noái chaân ñieàu khieån cho pheùp tín hieäu caàn ño vaøo maïch ñeám. Khi ngoõ ra O0 = (1) coång AND ñöôïc thoâng tín hieäu vaøo maïch ñeám IC 4518 (2, 3) sau thôøi gian 1 giaây coång AND ñöôïc khoùa khoâng cho tín hieäu vaøo. Ngoõ ra O1 = (1) thoâng qua coång NOT noái ñeán chaân EL cuûa IC 4511B cho pheùp tín hieäu ñeám vaøo maïch giaûi maõ sang LED 7 ñoaïn, sau thôøi gian 1 giaây keát quaû ñöôïc choát laïi ngoõ ra O2 = (1) maïch ñeám ñöôïc Reset vaø laëp laïi chu kì ñeám môùi. Chaân 6 cuûa IC 4518 (2) noái vôùi chaân 10 (CP1b) ñeå khi maïch ñeám (1A) ñeám töø 0 ñeán 9 thì maïch (1B) ñeám leân 1 keát quûa hieån thò laø 10 HZ, maïch ñeám ñöôïc laø töø 0 ñeán 99 töï ñoäng quay veà 0. Ñeå hieån thò ñöôïc 4 LED thì chaân (14) cuaû 4518B (2) noái qua chaân (2) cuûa IC 4518B (3), chaân (6) noái vôùi chaân 10 (CP2b), maïch ñeám ñöôïc soá xung lôùn nhaát laø 9999 HZ khi soá xung vöôït quaù thì keát quaû hieån thò laø 0, keát quûa hieån thò khoâng bò nhaáp nhaùy trong khi maïch laøm vieäc. CHÖÔNG IV THI COÂNG I./ HÌNH DAÏNG MOÂ HÌNH: II./ SÔ ÑOÀ NGUYEÂN LYÙ: 1./ Maïch ngoõ vaøo: 2./ Maïch dao ñoäng chuaån: 3./ Maïch ñeám vaø giaûi maõ: 4./ Maïch hieån thò: III./ LAÉP RAÙP VAØ CAÂN CHÆNH: 1./ Baûng lieät keâ linh kieän: a./ Linh kieän cuûa maïch ngoõ vaøo: R1 = R4 = R5 = R6 = 1KW R2 = 50W R3 = 100KW R7 = 2,2KW C1 = 0,01mF C2 = 0,1mF C3 = C4 = 0,1mF Diode Zener 5,5V IC 741 x 2 IC 4017 x 2 b./ Linh kieän maïch dao ñoäng: R1 = R2 = 1KW C1 = 0,1 XTAL = 32,768KHZ IC 4518B IC 4040B IC 4017 IC 4081X IC 40106 c./ Maïch ñeám vaø giaûi maõ: IC 4518B x 2 IC 4511B x 4 IC 4072B x 2 IC 4071 d./Maïch hieån thò: R: Ñieän trôû haïn doøng cho taát caû Led 7 ñoaïn: 330W RC: Ñieän trôû keùo nguoàn cho taát caû Led 7 ñoaïn = 390W. Transistor thuùc Led: A564 (PNP) e./ Maïch nguoàn: Tranformer: 220/+- 12VAC. Diode D1 : D4: IN 4007. C1 = C2 1000mF/50V C3 = C4 = C7 = C8 =0.1mF C5 = C6 =10mF VR1 = VR2 = 2KW R1 = R2 = 120W IC oån aùp döông LM317, LA 7805. IC oån aùp aâm LM 337. 2./ Caân chænh vaø sai soá cuûa thieát bò: a./ Caân chænh: Sau khi laép raùp caùc linh kieän vaøo trong maïch cuûa töøng Modul, gheùp caùc Modul laïi vôùi nhau ñeå ñöôïc moät moâ hình hoaøn taát laø maùy ño taàn soá. Kieåm tra caùc Modul tröùôùc khi caáp nguoàn. Coâng taéc chuyeån maïch möùc ñieän aùp tín hieäu ngoõ vaøo ñaët ôû vò trí 5V, chænh giai ño ôû vò trí X1. Duøng maùy phaùt soùng taïo nguoàn tín hieäu ngoõ vaøo coù taàn soá laø 10HZ. Neáu keát quaû hieån thò laø 10HZ thì maùy ñaõ hoaït ñoäg toát, neáu keát quaû khoâng ñuùng laø do boä dao ñoäng chuaån taïo xung ñieàu khieån chöa ñuùng. Ta caàn chænh taàn soá ôû boä dao ñoäng noäi ñeå ñöôïc keát quaû cho pheùp ño laø ñuùng, sau ñoù caàn coá ñònh taàn soá sai soá cuûa boä dao ñoäng noäi naøy, khi caân chænh nhöõng tín hieäu coù bieân ñoä thaáp haøng (mV). Ta caàn ñöa tín hieäu coù taàn soá thaáp 10HZ vaø taàn soá cao 20KHZ ñeå xem thieát bò coù hoaït ñoäng ñöôïc hay khoâng. Neáu nhö khoâng ñaùp öùng ta ñieàu chænh ôû Modul khueách ñaïi tín hieäu ngoõ vaøo. b./ Sai soá cuûa thieát bò: Nhö chuùng ta ñaõ bieát laø caùc linh kieän vi maïch soá ñieàu coù thôøi gian treå nhaát ñònh, nghóa laø khi coù xung taùc ñoäng ôû ngoõ vaøo thì sau khoaûng thôøi gian ngaén TS thì ngoõ ra, môùi thay ñoåi traïng thaùi. Trong maïch duøng coång AND ñeå laøm maïch khoaù tín hieäu vaøo maïch ñeám, trong khoaûng thôøi gian 1s cho pheùp xung vaøo maïch ñeám cuûa chu kyø tröôùc vaø chu kyø sau coù soá xung vaøo maïch ñeám khoâng gioáng nhau, sai leäch ít nhaát laø moät xung. Chöông V Keát luaän I ./ KEÁT LUAÄN: Qua saùu tuaàn thöïc hieän luaän vaên toát nghieäp, chuùng em ñaõ hoaøn taát ñöôïc yeâu caàu ñaët ra laø xaây döïng moâ hình maùy ño taàn soá hieån thò soá duøng trong giaûng daïy moân ño löôøng ñieän. Thieát bò duøng ñeå ño löôøng ñieän coù nhieàu loaïi nhö maùy ño ñieän aùp, maùy ño doøng ñieän, maùy ño taàn soá… Trong töøng loaïi maùy ño coù caùc kieåu caáu taïo khaùc nhau ví duï nhö maùy ño taàn soá thì coù maùy ño taàn soá chæ thò kim, maùy ño taàn soá chæ thò soá, maùy ño taàn soá chæ thò daïng rung. Loaïi maùy ño taàn soá chæ thò soá ñöôïc caáu taïo töø linh kieän vi maïch soá neân kích thöôùc coù theå trôû neân goïn nheï raát nhieàu so vôùi caùc loaïi maùy ño taàn soá khaùc. Tuy nhieân, ñeà taøi naøy laø thieát keá moâ hình ñeå daïy hoïc neân maïch ñieän cuaû maùy ñöôïc chia ra nhieàu Modul theo chöùc naêng cuaû töøng khoái ñeå deå daøng minh hoaï khi giaûng daïy veà caùc loaïi maùy ño taàn soá. Kích thöôùc cuaû moâ hình ñöôïc thieát keá vöøa phaûi phuø hôïp cho vieäc giaûng daïy, phaàn hieån thò soá duøng LED 7 ñoaïn loaïi lôùn ñeå ngöôøi hoïc deã quan saùt. Maøu neàn vaø maøu chöõ keát hôïp noåi baät ñeå ngöôøi hoïc coù theå thaáy ñöôïc töøng khoái chöùc naêng cuaû moâ hình. Luaän vaên ñaõ hoaøn taát phaàn lyù thuyeát cô baûn cuõng nhö phaàn thieát keá vaø thi coâng. Tuy nhieân do thôøi gian coù haïn neân chöa hoaøn chænh ñöôïc nguoàn nuoâi phuï khi khoâng coù nguoàn ñieän xoay chieàu 220/110V. II ./ HÖÔÙNG PHAÙT TRIEÅN ÑEÀ TAØI Moâ hình chæ duøng trong giaûng daïy lyù thuyeát, chöa duøng ngay trong phoøng thí nghieäm ñöôïc do caáp chính xaùc cuaû maùy chöa cao vaø möùc sai soá cuûa maùy chöa theå söû duïng cho phoøng thí nghieäm. Sai soá giöõa caùc giai ño laø 10 HZ, nguyeân nhaân cuaû söï sai soá naøy laø do söû duïng caùc IC ñeám laøm maïch chia 10 ñeå taïo caùc giai ño. Ngoaøi ra coøn moät nguyeân nhaân gaây ra sai soá nhöng khoâng ñaùng keå laø thôøi gian treã cuaû coång AND. Neáu nhö coù ñieàu kieän veà thôøi gian vaø kinh phí, chuùng em seõ khaéc phuïc söï sai soá naøy ñeå moâ hình hoaøn chænh hôn vaø coù theå duøng trong [phoøng thí nghieäm ño löôøng ñieän. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. Ño löôøng ñieän Nguyeãn Ngoïc Taân 2. Vi maïch soá Nguyeãn Höõu Phöông 3. Soå tay tra cöùu linh kieän quang ñieän töû 4. Soå tay tra cöùu CMOS