›
›

Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 11: Đa hài (Multivibrator)

Download
Bµi 11: §a hµi  
(Multivibrator)  
A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt  
§a hµi lµ tªn chung cña c¸c m¹ch ph¸t xung vu«ng. Cã ba lo¹i ®a hµi:  
-
-
-
§a hµi tù dao ®éng (free running multivibrator).  
§a hµi hai tr¹ng th¸i c©n b»ng (bistable multivibrator).  
§a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng (monostable multivibrator).  
§a hµi tù dao ®éng ph¸t liªn tôc c¸c xung vu«ng (h×nh a). §a hµi hai tr¹ng  
th¸i c©n b»ng lu«n lu«n ë mét trong hai tr¹ng th¸i nµy. C¸c trig¬ D, RS hay trig¬  
JK cã thÓ xÕp vµo lo¹i nµy. Khi cã mét xung nhÞp kÝch thÝch ë ®Çu vµo th× ®Çu ra  
sÏ chuyÓn lªn tr¹ng th¸i “cao” hoÆc chuyÓn xuèng tr¹ng th¸i “thÊp” (h×nh b). §a  
hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ph¸t mét xung ®¬n ë ®Çu ra khi cã mét xung nhÞp  
kÝch thÝch ë ®Çu vµo (h×nh c).  
§iÒu ta quan t©m ë ®©y lµ ®a hµi tù dao ®éng vµ ®a hµi mét tr¹ng th¸i c©n  
b»ng cßn ®a hµi hai tr¹ng th¸i c©n b»ng th× ®· nãi nhiÒu trong trig¬.  
1. §a hµi tù dao ®éng  
a) §a hµi tù dao ®éng cã thÓ x©y dùng tõ hai cöa ®¶o:  
149  
Gi¸ trÞ trªn ®©y øng víi tr−êng hîp dïng hä CMOS 4049 hay 4069. Tr−êng  
hîp muèn æn ®Þnh tÇn sè th× ph¶i dïng th¹ch anh. Th¹ch anh cã thÓ trªn ®−êng  
ph¶n håi (®Çu ra nèi trë l¹i ®Çu vµo) hoÆc trªn ®−êng nèi tÇng sau tô truyÒn.  
100K  
150p  
470K  
TÇng ph¸t  
TÇng ®Öm  
Dïng hä CMOS 4049  
680  
680  
22p  
100KHZ  
+
100KHz / 10Vpp  
Vpp lµ ®iÖn ¸p ®o gi÷a  
hai ®Ønh cña xung  
220  
220  
1nF  
1MHz / 5Vpp  
1MHz  
b) §a hµi tù dao ®éng x©y dùng tõ vi m¹ch thêi gian 555 (555 Timer IC)  
Vi m¹ch 555 lµ mét lo¹i “m¹ch lai” (hybrid circuit) nghÜa lµ tæ hîp c¶ hai lo¹i  
phô kiÖn: phô kiÖn t−¬ng tù (Analog) vµ phô kiÖn sè (Digital). IC 555 thuéc hä  
TTL ho¹t ®éng ®Õn tÇn sè 100 KHz trong khi ®ã IC 7555 thuéc hä CMOS ho¹t  
®éng ®Õn tÇn sè 500 KHz.  
H×nh sau lµ s¬ ®å ch©n nèi cña 555 vµ ®−êng nèi m¹ch ®Ó nã lµm nhiÖm vô  
ph¸t sãng vu«ng.  
+12V  
RA  
R1  
2k  
1k  
555  
1
2
3
4
8
7
6
5
Gnd Vcc  
Trg Dis  
Out Thr  
Rst Ctl  
555  
Gnd Vcc  
Trg Dis  
Out Thr  
Rst Ctl  
RB  
1k  
.IC  
RL  
10k  
C1  
.01uF  
CT  
.1uF  
150  
GND  
: §Êt  
Control Voltage  
Threshold  
Discharge  
+VCC  
: ®iÖn ¸p ®iÒu khiÓn  
: ng−ìng  
Trigger  
Output  
Reset  
: kÝch thÝch  
: ®Çu ra  
: Xo¸  
: phãng ®iÖn  
: nguån d−¬ng  
H×nh d−íi ®©y tr×nh bµy cÊu tróc rót gän cña 555 vµ mét sè linh kiÖn l¾p  
thªm ë m¹ch ngoµi (C, R1, R2). ë ®©y cÇn l−u ý c¸c tr¹ng th¸i cña m¹ch so s¸nh,  
trig¬ RS, transistor vµ cöa ®¶o ë ®Çu ra. Khi ®ãng nguån ®iÖn 5v tô C ®−îc n¹p  
®iÖn qua R1R2. Coi r»ng m¹ch ®· ho¹t ®éng æn ®Þnh. Khi VC (®iÖn ¸p ë tô ®iÖn C)  
®¹t ®Õn gi¸ trÞ 2VCC/3 (nãi chÝnh x¸c v−ît gi¸ trÞ nµy mét chót) th× m¹ch so s¸nh 2  
lµm viÖc vµ lèi ra cña nã lµm cho S = 1, R = 0, Q = 1, transistor th«ng, tô C phãng  
®iÖn qua R2 xuèng ®Êt. Xung ë ®Çu ra tõ logic “1” gi¶m xuèng “0” nhê cöa ®¶o.  
Khi ®iÖn ¸p VC gi¶m ®Õn gi¸ trÞ VCC/3 (chÝnh x¸c lµ d−íi gi¸ trÞ nµy mét chót) th×  
m¹ch so s¸nh 1 lµm viÖc vµ lèi ra R = 1, S = 0, Q = 0, transistor cÊm, tô C tÝch  
®iÖn trë l¹i. §−êng tÝch ®iÖn tõ +VCC qua R1 vµ R2. Xung ë ®Çu ra (Output) tõ  
møc logic “0” t¨ng vät lªn møc logic “1” nhê cöa ®¶o.  
Nh− vËy tô ®iÖn C diÔn ®i diÔn l¹i qu¸ tr×nh tÝch phãng vµ ®iÖn ¸p VC n»m  
VCC  
2VCC  
V
2VCC  
⎛
⎜
⎞
⎟
CC  
trong kho¶ng  
vµ  
;
< VC <  
. NÕu ph©n tÝch chi tiÕt thªm ta  
3
3
3
3
⎝
⎠
thÊy ®Çu ra cña hai m¹ch so s¸nh chØ chuyÓn lªn møc logic “1” trong kho¶ng kh¾c  
VCC  
2VCC  
lóc mµ ®iÖn ¸p VC v−ît ranh giíi  
vµ  
. Tuy vËy thêi gian nµy còng ®ñ ®Ó  
3
3
trig¬ RS chuyÓn tr¹ng th¸i. Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng trªn ®−îc m« t¶ b»ng gi¶n ®å  
xung trªn h×nh sau  
151  
C¸c c«ng thøc c¬ b¶n:  
- Thêi gian tÝch ®iÖn  
:
:
:
ttd = 0,685  
tpd = 0,685 R2C  
T = 0,685 R1 + 2R2 C  
(
R1 + R2 C  
)
- Thêi gian phãng ®iÖn  
- Chu kú xung  
(
)
1,46  
- TÇn sè dao ®éng  
:
:
f =  
(
R1 + 2R2  
)
)
C
- Giíi h¹n linh kiÖn  
1KΩ <  
(
R1 , R2  
< 3MΩ  
500pF < C < hµng ngh×n µF  
2. §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng (Monostable / One shot Multivibrator).  
a) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ hai cöa kh«ng vµ.  
OUT  
R
IN  
C
152  
ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh ban ®Çu, ®Çu vµo ë tr¹ng th¸i thÊp, ®Çu ra cöa NAND 1  
ë tr¹ng th¸i cao, tô C ®· tÝch ®iÖn tõ tr−íc nghÜa lµ VC còng ë møc logic cao, do ®ã  
®Çu ra cöa NAND 2 còng ë møc logic cao. B©y giê ®Çu vµo chuyÓn tr¹ng th¸i tõ 0  
→1 tô C phãng ®iÖn qua R vµ qua NAND 1 xuèng ®Êt. Ngay thêi ®iÓm b¾t ®Çu  
phãng th× hai ®Çu vµo cöa NAND 2 ë logic cao nªn ®Çu ra Vout chuyÓn tr¹ng th¸i  
tõ 1 → 0. Khi VC gi¶m ®Õn ®iÖn thÕ ng−ìng, Vng cña NAND 2, Vout lÊp tøc chuyÓn  
tr¹ng th¸i tõ 0 → 1 ®Ó kÕt thóc mét xung ng¾n h¹n. NÕu cöa NAND thuéc hé  
TTL th× R < 500Ω . M¹ch ®iÖn nh− trªn ®−îc sö dông réng r·i khi ta cÇn chuyÓn  
mét xung cã ®é réng xung lín thµnh mét xung kÝch cã bÒ réng xung nhá (xung  
ng¾n h¹n). Tuy nhiªn, ®iÒu nµy cßn phô thuéc vµo h»ng sè thêi gian RC. NÕu  
xung ®Çu vµo Vin víi bÒ réng kh«ng ®ñ lín, nghÜa lµ Vin tõ 1 → 0 trong khi VC  
ch−a ®¹t ®Õn Vng th× ®iÖn ¸p ra Vout sÏ quay trë l¹i tr¹ng th¸i ®Çu sím h¬n. Lóc  
nµy ®Çu vµo vµ ®Çu ra ho¹t ®éng gÇn nh− ®ång bé.  
b) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ vi m¹ch thêi gian 555  
Negative Edge Triggered  
555 Mono-stable Circuit  
R2 and C1 control the delay.  
V1  
12V  
CMD1  
V2  
U1  
R2  
27k  
0V  
12/0V  
UA555  
.IC  
B
Gnd Vcc  
Trg Dis  
Out Thr  
Rst Ctl  
A
20 Hz  
R1  
10k  
C2  
0.1uF  
C1  
1uF  
153  
C1 = 0,01 µF (tuú ý cã hay kh«ng còng ®−îc)  
Mét xung ©m, ®¬n, ng¾n h¹n t¸c dông ë ®Çu vµo sÏ cho mét xung d−¬ng, ®¬n  
dµi h¹n ë ®Çu ra. “Thêi gian kÐo dµi xung” t (cßn cã c¸c tªn gäi kh¸c nh− “bÒ réng  
xung” “®é dµi xung”) ®−îc tÝnh theo c«ng thøc gÇn ®óng sau:  
t ≈ 0,7RC  
→
L−u ý r»ng khi ®· xuÊt hiÖn sù nhÈy bËc cña xung ë ®Çu ra (tõ 0  
1) th×  
thêi gian kÐo dµi xung tuú thuéc vµo h»ng sè thêi gian RC. Trong thêi gian nµy  
nÕu t¸c dông xung vµo th× còng kh«ng ¶nh h−ëng g× ®Õn xung ra. BÒ réng xung  
®¬n ë ®Çu vµo ph¶i chän sao cho nhá h¬n bÒ réng xung ra.  
c) §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ vi m¹ch 74121, 74221  
H×nh sau lµ gi¶n ®å ch©n nèi, b¶ng ch©n lý cña 74121. M¹ch ®−îc nèi ®Ó  
74121 ph¸t mét xung ®¬n khi cã xung kÝch thÝch ë ®Çu vµo (øng víi hµng thø 6  
trong b¶ng ch©n lý).  
Input  
Output  
Q
A1 A2  
B
0
x
x
1
1
x
0
x
1
1
0
0
0
0
1
0
x
1
1
1
1
0
x
0
x
NC = No internalconnection ; Cext = externalcondensator  
Rext/Cext = external resitor/externalCondensator  
+5V  
⎧
⎨
⎩
A2  
B
Vcc  
100K  
C
1
6
/Q  
11  
10  
Rext/Cext  
Cext  
INPUT  
74121  
Q
0.01uF  
3
A1  
GND  
154  
Thêi gian kÐo dµi xung (duration time) hay bÒ réng xung (width) ®−îc tÝnh  
theo c«ng thøc d−íi ®©y:  
t ≈ 0,7 RC  
1pF < C < 1µF  
⎧
Trong thùc tÕ th×  
do ®ã 1ns < t < 100ns  
⎨
1K < R < 100K  
⎩
Vi m¹ch 74221 hay 74LS221 lµ ®a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng kÐp (kh¸c víi  
74121 lµ lo¹i ®¬n) víi ®Çu vµo dïng trig¬ Smit (gièng 74121). Trong s¸ch cÈm  
nang 74221 ®−îc gäi lµ Dual monostable multivibrator with schmitt – triger  
input. Gi÷a 74221vµ 74LS221 kh¸c nhau vÒ c«ng suÊt tiªu thô vµ bÒ réng xung  
ra cùc ®¹i (74221 → 130mw/21smax , 74LS221 → 23mw/70smax). H×nh sau lµ s¬ ®å  
ch©n nèi vµ b¶ng ch©n lý cña 74LS221. L−u ý r»ng s¬ ®å ch©n nèi vµ b¶ng ch©n lý  
nµy còng cã thÓ sö dông ®−îc cho ®a hµi 74LS123. BÒ réng xung ®−îc tÝnh theo  
c«ng thøc sau :  
t ≈ 0,7 RC  
155  
B. PhÇn thùc nghiÖm  
1. X©y dùng m¹ch ph¸t xung nhÞp (Clock Generator) tõ cöa §¶o  
ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm:  
5V  
+V  
220  
220  
74LS08  
74LS08  
4k7  
74LS112  
74LS112  
74LS08  
1n  
4.000MHZ  
2k7  
33p  
33p  
ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:  
B−íc1:  
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:  
03 Cæng NAND 2 lèi vµo [Digital Basic/Gates/2-in NAND]  
02 Trig¬ JK lo¹i 74LS112 [Digital by Number/741xx/74112 1/2}  
02 §iÖn trë 220 [Genneral/Resitors/Resitor]  
(5)  
(r)  
(c)  
(c)  
(r)  
02 Tô ®iÖn 30p [Genneral/Capacitors/Capacitor]  
01 Tô ®iÖn 1n [Genneral/Capacitors/Capacitor]  
01 §iÖn trë 4,7K [Genneral/Resitors/Resitor]  
01 Th¹ch anh 4Mhz [Crystals/Standard/Crystal]  
01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V]  
(1)  
Chó ý:  
[ ]  
( )  
§−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn  
Ký hiÖu phÝm t¾t  
B−íc 2:  
-
Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu,  
chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó  
tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup  
b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo  
156  
môc UIC, sau ®ã Ok vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót  
“Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool  
[Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña c¸c Trig¬, quan s¸t d¹ng sãng  
thu ®−îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký .  
2. X©y dùng m¹ch ph¸t xung nhÞp tõ IC 555  
ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm:  
+5V  
R1  
2k  
555  
1
2
3
4
8
7
6
5
Gnd  
Trg  
Out  
Rst  
Vcc  
Dis  
Thr  
Ctl  
Out  
R2  
2k  
.IC  
C
.1uF  
ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:  
B−íc1:  
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:  
02 §iÖn trë 2K [Genneral/Resitors/Resitor]  
(r)  
(c)  
01 Tô ®iÖn 0.1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor]  
01 IC 555 [Timers/Timers/555]  
01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V]  
01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC]  
(1)  
(I)  
B−íc 2:  
a. Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu,  
chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó  
tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup  
b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo  
môc UIC, sau ®ã Ok vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót  
“Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool  
157  
[Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña IC 555 (Ch©n sè 3), quan s¸t  
d¹ng sãng thu ®−îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký.  
b. B¹n ®a chuét sang phÝa bªn tr¸i m¹n h×nh, trong vïng  
measurement Cursors, trªn kªnh X1 vµ X2 chän a20_2, t−¬ng tù ë  
môc cßn l¹i b¹n chän Frequency 1..2, sau ®ã dÞch chuét trªn dao  
®éng ký ®óng mét chu kú, nh×n phÝa d−íi môc Frequency 1..2 b¹n sÏ  
x¸c ®Þnh ®−îc tÇn sè ph¸t cña IC555, so s¸nh víi kÕt qu¶ lý thuyÕt  
T = 0,7 (R1 + R2 )C = 2,1 RC  
3. §a hµi mét tr¹ng th¸i c©n b»ng x©y dùng tõ IC 555  
ƒ S¬ ®å thÝ nghiÖm:  
V1  
12V  
CMD1  
V2  
R
27k  
0V  
5/0V  
UA555  
.IC  
In  
Gnd Vcc  
Trg Dis  
Out Thr  
Rst Ctl  
20 Hz  
out  
C
1uF  
ƒ C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:  
B−íc1:  
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:  
01 §iÖn trë 27K [Genneral/Resitors/Resitor]  
01 Tô ®iÖn 1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor]  
01 IC 555 [Timers/Timers/555]  
(r)  
(c)  
01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V]  
(1)  
(I)  
01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC]  
01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V]  
(1)  
(1)  
01 Logic Source +12V [Sources/Linear/+V]  
01 Square Generator[Instrusment/Analog/Signal Gen]  
B−íc 2:  
Sau khi vÏ xong m¹ch, b¹n vµo môc Simulation trªn thanh Menu,  
chän chÕ ®é Analog Mode,sau ®ã vµo môc Analyses Setup [F8] ®Ó  
158  
tiÕn hµnh ®Æt ®iÒu kiÖn ®Ó m« pháng, trong cöa sæ Analyses Setup  
b¹n chän Trasient/Fourier, tiÕp tôc trong cöa sæ nµy b¹n tick vµo  
môc UIC, sau ®ã OK vµ tho¸t ra ngoµi, lóc nµy b¹n nhÊp lªn nót  
“Run” trªn thanh c«ng cô. KÝch chuét vµo thanh c«ng cô Probe Tool  
[Ctrl-P] ®a c«ng cô nµy vµo lèi ra cña IC555 vµ lèi vµo Triger cña  
IC555, quan s¸t d¹ng sãng thu ®îc trªn mµ h×nh dao ®éng ký. NhËn  
xÐt vÒ d¹ng sãng lèi ra vµ lèi vµo cña IC 555, gi¶i thÝch t¹i sao l¹i cã  
hiÖn t−îng nµy ?  
159  
C. Phô lôc  
Giíi thiÖu DataSheet c¸c h·ng s¶n xuÊt IC trªn thÕ giíi cña mét sè IC th«ng  
dông sö dông trong bµi thùc hµnh.  
1. Bé ®Þnh thêi gian  
(Timer)  
Tªn IC: 555  
160  
161  
2. Bé dao ®éng mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®Çu vµo trig¬ Smit  
(Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs)  
Tªn IC: 74x121 (TTL)  
3. Bé dao ®éng mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®Çu vµo trig¬ Smit  
(Dual Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs)  
Tªn IC: 74x221 (TTL)  
162  
pdf 14 trang myanh 21640 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 11: Đa hài (Multivibrator)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_thuc_tap_ky_thuat_so_bai_11_da_hai_multivibrator.pdf