Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 12: Trigơ smit (Schmitt Trigger)
Bµi 12: trig¬ smit
(Schmitt Trigger)
A. PhÇn tãm t¾t lý thuyÕt
Trig¬ Smit lµm nhiÖm vô biÕn ®æi mét tÝn hiÖu biÕn thiªn chËm ch¹p hoÆc tÝn
hiÖu xung víi s−ên thoai tho¶i thµnh tÝn hiÖu xung vu«ng.
ë ®©y Vi lµ ®iÖn ¸p ®Çu vµo, V0 lµ ®iÖn ¸p ®Çu ra. Cã hai ®iÖn ¸p ng−ìng ë ®Çu
vµo lµm cho ®iÖn ¸p ë ®Çu ra thay ®æi ®ét ngét, ®ã lµ ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi (hay
thÊp) ViL vµ ®iÖn ¸p ng−ìng trªn (hay cao) ViH.
§å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc cña V0 vµo Vi còng dÔ dµng gi¶i thÝch. Theo
chiÒu mòi tªn ta thÊy, lóc ®Çu tr¹ng th¸i lèi ra lµ “thÊp”. Khi Vi = ViL th× ®Çu ra
vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i nµy. Khi Vi = ViH ®Çu ra chuyÓn lªn tr¹ng th¸i “cao” .
Chõng nµo Vi > ViH th× ®Çu ra vÉn gi÷ nguyªn tr¹ng th¸i cao. NÕu b©y giê Vi b¾t
®Çu gi¶m, nh−ng ph¶i gi¶m ®Õn tËn gi¸ trÞ Vi = ViL (thÊp h¬n gi¸ trÞ ViH) th× ®Çu
ra míi thay ®æi tr¹ng th¸i tõ cao xuèng thÊp. MiÒn ΛVi =ViH −ViL gäi lµ miÒn trÔ
(hysteresis). CÇn l−u ý r»ng ®Çu ra thay ®æi ®ét ngét vÒ tr¹ng th¸i øng víi ®iÖn ¸p
ng−ìng nµo (ViL hay ViH) lµ tuú thuéc vµo gi¸ trÞ ®iÖn ¸p ra vµ qu¸ tr×nh biÕn ®æi
cña nã. Gi¶n ®å thêi gian vµ ®å thÞ biÓu diÔn sù phô thuéc V0 vµo Vi ë trªn còng
nãi lªn nhËn xÐt nµy.
MiÒn trÔ hay miÒn chÕt rÊt cã Ých trong viÖc cÇn ph¶i söa d¹ng sãng. Mét tÝn
hiÖu dÇy ®Æc nhiÔu ë ®Çu vµo cho ta mét tÝn hiÖu vu«ng v¾n ë ®Çu ra.
Trig¬ Smit t−¬ng tù (Analog Schmitt Trigger)
ë ®©y ng−êi ta sö dông lo¹i khuÕch ®¹i thuËt to¸n (K§TT) cã tèc ®é nhanh vÝ
dô 111, 211, 311 hay cùc nhanh 160, 260, 360. H×nh sau lµ s¬ ®å m¹ch dïng
163
K§TT 311 vµ ®å thÞ biÓu diÔn hµm chuyÓn vµo - ra øng víi gi¸ trÞ ghi trong
m¹ch.
Víi m¹ch nµy Vi > 1,2V th× V0 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b·o hoµ -13V
Vi < -1,2V th× V0 ®¹t ®Õn gi¸ trÞ b·o hoµ +13V
§©y lµ m¹ch khuÕch ®¹i cã ph¶n håi d−¬ng vµ tÝn hiÖu t¸c dông vµo ®Çu ®¶o.
ë ®©y ta l¹i thÊy xuÊt hiÖn hiÖn t−îng trÔ nh− phÇn më ®Çu ®· nãi.
NÕu ®Çu vµo Vi lµ tÝn hiÖu h×nh sin th× ®Çu ra V0 lµ tÝn hiÖu vu«ng gãc. §iÖn
¸p ®Çu ra V0 sÏ thay ®æi ®ét ngét khi ®iÖn ¸p ®Çu vµo Vi ®¹t gi¸ trÞ ng−ìng ± 1,2v.
Trig¬ Smit sè (Digital Schmitt Trigger).
Trig¬ Smit sè cã thÓ x©y dùng tõ hai cöa ®¶o hoÆc tõ mét cöa ®Öm theo hai
s¬ ®å cho trªn h×nh sau
R2
R1
Vout
Vin
Vin
R2
R1
Vout
G
Ta thö tÝnh to¸n cho trig¬ Smit x©y dùng tõ cöa ®Öm thuéc hä CMOS. ë ®©y
G lµ ®Çu vµo (Gate) cña cöa ®Öm CMOS.
§Çu ra chØ cã thÓ nhËn ®−îc hai gi¸ trÞ øng víi hai tr¹ng th¸i : cao (VCC ) vµ
thÊp (0).
§iÖn trë R1 vµ R2 t¹o nªn bé chia thÕ. §iÖn ¸p VG t¹i ®Çu vµo cöa ®Öm ®−îc
tÝnh theo nguyªn lý chång chÊt tõ hai ®iÖn ¸p Vi vµ V0.
164
R2
R1
VG = Vi
+
V0
R1 + R2
R1 + R2
Sö dông ®iÒu kiÖn biªn khi Vi = ViL , V0 = VCC
Vi = ViH , V0 = 0
Lóc nµy VG tiÕn tíi gi¸ trÞ ng−ìng cña cöa ®Öm CMOS, nghÜa lµ VG = VT
(Threshold = ng−ìng).
R2
R1
R1 + R2
R1
R2
VT = ViL
VT = ViH
+ VCC
+ 0
→
→
ViL = VT
ViH = VT
− VCC
R1 + R2
R1 + R2
R2
R2
R1 + R2
vµ
R1 + R2
R2
R1
MiÒn trÔ ∆Vi = ViH − ViL = VCC
R2
Gi¶ sö R2 = 10R1 th× ∆ Vi = 0,1VCC
C¸c phÐp tÝnh cho trig¬ Smit x©y dùng tõ cña ®Öm hä TTL còng cã kÕt qu¶
t−¬ng tù. Tuy nhiªn ®iÖn ¸p ®Çu ra V0 ë tr¹ng th¸i cao kho¶ng 3,4V vµ ë tr¹ng
th¸i thÊp kho¶ng 0,2V , ®ã lµ c¸c gi¸ trÞ tiªu biÓu.
KÕt qu¶ tÝnh trªn ®©y chØ lµ gÇn ®óng, viÖc x¸c ®Þnh ®óng c¸c gi¸ trÞ ng−ìng
chØ cã thÓ kiÓm tra b»ng thùc nghiÖm. V× r»ng lèi vµo cña CMOS lµ m¹ch hë, do
®ã cã thÓ dïng ®iÖn trë bÊt kú trong thùc nghiÖm . Víi cña logic hä TTL th× trë lèi
vµo nhá h¬n 500Ω nguån tÝn hiÖu ph¶i cã trë néi nhá. B¶ng gîi ý d−íi ®©y gióp ta
c¸ch chän linh kiÖn cho trig¬ Smit nÕu muèn x©y dùng tõ cña ®¶o hay cöa ®Öm.
Hä CMOS
Dïng hai cöa ®¶o
:
4041 hay 4069
Dïng mét cöa ®Öm
:
:
4050 (tèt nhÊt trong hä CMOS).
R1 = 10K, R2 = 100K.
Dïng ®iÖn trë
Hä TTL
Dïng hai cöa ®¶o
:
7404 (tèt nhÊt trong hä TTL).
Dïng mét cöa ®Öm
:
:
7407 hay 7417
Dïng ®iÖn trë
R1 = 330Ω , R2 = 3,3K
Nh−îc ®iÓm c¬ b¶n cña trig¬ Smit x©y dùng theo c¸ch trªn ®©y lµ tÝnh “bÊt æn
®Þnh” v× nhiÖt ®é. Khi nhiÖt ®é thay ®æi th× ®iÖn ¸p ng−ìng bÞ thay ®æi theo. §iÒu
nµy thÊy râ rÖt nhÊt khi ta dïng cöa ®¶o hay cöa ®Öm hä TTL. H·ng TEXAS
165
(Texas instrument) ®· chÕ t¹o trig¬ Smit hä TTL d−íc d¹ng m¹ch tÝch hîp
nguyªn khèi (Monolithic Integrated Circuit) vµ h·ng MOTOROLA (Motorola
Semiconductors)®· chÕ t¹o trig¬ Smit hä CMOS mét c¸ch hoµn chØnh.
Hä CMOS:
MC 14093B (nand schmitt trigger)
MC 14583B (DUAL schmitt trigger)
MC 14584B (HEX schmitt trigger)
Hä TTL :
7413
7414
74132
(nand schmitt trigger)
(HEX schmitt trigger)
(NAND schmitt trigger)
CÇn l−u ý trong c¸c sæ tay ch©n vi m¹ch, nÕu lµ trig¬ Smit th× cã thªm ký hiÖu
trÔ trong ký hiÖu logic. VÝ dô cöa kh«ng vµ 2 ®Çu vµo (7400) vµ trig¬ Smit
NAND hai ®Çu vµo 74132
166
B. PhÇn thùc nghiÖm
1. Nghiªn cøu trig¬ smitt t−¬ng tù
(Analog Schmitt Triger)
Trig¬ smitt t−¬ng tù ®−îc x©y dùng tõ bé so s¸nh LM339. Hay ta cã thÓ sö
dông c¸c bé so s¸nh kh¸c vÝ dô nh−: LP111, LP211, LP311. TÝn hiÖu tõ
m¸y ph¸t chuÈn cã d¹ng h×nh sin, tÇn sè 10 KHz, biªn ®é Vpp = 10V. Sau ®ã
cho qua trig¬ Smitt t−îng tù. Quan s¸t d¹ng tÝn hiÖu ë lèi ra cña trig¬
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
15V
15V
V2
-5/5V
R3
1k
A
B
LM339
-15V
10kHz
R1
10k
R2
1k
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
01 Bé so s¸nh Lm339 [Linear ICs/Comparators/ Comparator 5/LM339]
01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen]
03 §iÖn trë[General/Resistors/Risistor]
Chó ý:
(r)
[ ]
( )
§−êng dÉn ®Ó lÊy linh kiÖn trong th− viÖn
Ký hiÖu phÝm t¾t
B−íc 2:
-
-
Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode
§Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: TÝn hiÖu d¹ng h×nh sin, tÇn sè 10KHz, biªn ®é Vpp
= 10V.
-
Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ
Transient Analysis
167
-
Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø
®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i
sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ
tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan
s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift.
B−íc 3:
-
-
H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH
Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ R1, R2 kh¸c nhau ®Ó so s¸nh miÒn trÔ ∆V = ViH - ViL
2. Nghiªn cøu trig¬ Smitt sè
(Digital Schmitt Triger)
Chóng ta sÏ x©y dùng vµ nghiªn cøu m¹ch trig¬ smitt ®−îc x©y dùng tõ hai
cöa ®¶o. TÝn hiÖu ®−a vµo ®−îc lÊy tõ m¸y ph¸t cã d¹ng h×nh tam gi¸c. Ta
®−îc tÝn cã d¹ng h×nh vu«ng.
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
R3
10k
V2
D
0/5V
R4
1k
C
Vi
Vo
10kHz
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
02 Cæng NAND 2 lèi vµo [Digital Basic/Gates/2-in NAND]
01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen]
(5)
(r)
02 §iÖn trë[General/Resistors/Risistor]
B−íc 2:
Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode
-
-
§Æt chÕ ®é m¸y ph¸t: TÝn hiÖu d¹ng h×nh tam gi¸c, tÇn sè 10KHz, biªn
®é Vpp = 5V.
-
KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ
“Pulse Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau:
168
-
-
Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ
Transient Analysis
Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø
®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i
sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ
tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan
s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift.
B−íc 3:
-
-
H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH
Thay ®æi c¸c gi¸ trÞ R1, R2 kh¸c nhau ®Ó so s¸nh miÒn trÔ ∆V = ViH - ViL
3. Nghiªn cøu ho¹t ®éng cña 74LS132
IC 74LS132 gåm 4 cöa NAND 2 lèi vµo. ë bµi thùc tËp nµy ta cho tÝn hiÖu
h×nh sin vµo vµ quan s¸t tÝn hiÖu lèi ra.
S¬ ®å thÝ nghiÖm:
V6
0/5V
74LS132
B
A
10kHz
C¸c b−íc tiÕn hµnh thÝ nghiÖm:
B−íc1:
Thùc hiÖn vÏ m¹ch nh− c¸c h×nh trªn b»ng c¸ch sö dông:
02 IC 74LS132 [Digital by Number/741xx/74132]
01 M¸y ph¸t chøc n¨ng [Analog/Instruments/Signal Gen]
B−íc 2:
169
-
-
Chän chÕ ®é m« pháng analog: Simulation -> Analog Mode
§Æt chÕ ®é m¸y ph¸t:
KÝch ®óp chuét vµo biÓu t−îng m¸y ph¸t. Chän d¹ng sãng ph¸t lµ “Sin
Wawe Data”. Sau ®ã ®Æt c¸c gi¸ trÞ theo b¶ng sau:
-
-
Ch¹y ch−¬ng tr×nh. Quan s¸t tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B trªn cöa sæ
Transient Analysis
Chóng ta cã thÓ dïng c«ng cô “Probe” ®Ó quan s¸t tÝn hiÖu t¹i bÊt cø
®iÓm nµo b»ng c¸nh chän Probe tõ thanh c«ng cô (hoÆc kÝch chuét ph¶i
sau ®ã chän Probe) sau ®ã kÝch vµo ®iÓm muèn quan s¸t. Muèn hiÖn thÞ
tÝn hiÖu cña nhiÒu ®iÓm ®ång thêi th× khi kÝch vµo c¸c ®iÓm cÇn quan
s¸t ta ph¶i gi÷ phÝm Shift.
B−íc 3:
-
-
H·y x¸c ®Þnh ®iÖn ¸p ng−ìng d−íi ViL, ®iÖn ¸p ng−ìng trªn ViH
KÝch ®óp vµo trig¬ smitt 74LS132, sau ®ã cã thÓ chän c¸c lo¹i IC kh¸c
nhau vÝ dô nh−: 4011, 4093, 74LS00, 74F132… Ch¹y ch−¬ng tr×nh vµ so
s¸nh c¸c kÕt qu¶ thu ®−îc.
V1
5V
+V
4093
4. KiÓm tra kiÕn thøc
A
Cho s¬ ®å thÝ nghiÖm sau:
B
R1
1k
C1
1uF
Thùc hiÖn vÏ m¹ch theo s¬ ®å trªn. TiÕn hµnh thÝ nghiÖm quan s¸t d¹ng
tÝn hiÖu t¹i hai ®iÓm A vµ B
170
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 so s¸nh sö dông cho trig¬ Smit t−¬ng tù
Tªn IC: LF111, LF211, LF311, LM339
LP311
5
2
1
6
171
2. NAND hai ®Çu vµo sö dông trig¬ Smit
Tªn IC: 4011, 4093, 74LS132...
172
10 trang
20980
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình thực tập Kỹ thuật số - Bài 12: Trigơ smit (Schmitt Trigger)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thuc_tap_ky_thuat_so_bai_12_trigo_smit_schmitt_tr.pdf
