Bài tập Mạch xung (Bài 5)

Nội dung text: Bài tập Mạch xung (Bài 5)

1. Lớp: Điện Tử 1- K33 Tiểu nhóm: 1 Ngày 07 tháng 06 năm 2010 Họ tên MSSV 1. Phan Văn Thơ Anh 1070986 BÀI TẬP MẠCH XUNG 2. Nguyễn Ngân Đăng Hải 1071002 3. Trần Văn Chương 1070990 Số: 03 Điểm Nhận xét Đề : Bài 5.3. Hình (H.5.27) là sơ đồ nguyên lý của một mạch đuổi muỗi (Trích từ tạp chí ĐIỆN TỬ số tháng 5/2000-63). (H.5.27) IC 7556 được sử dụng trong mạch thuộc họ IC định thời, gồm 2 IC 555 đóng chung trong một võ.
2. a- Sinh viên hãy suy luận để suy ra chức năng của chân 3 và 11. Hãy cho nhận xét về cách bố trí các chân của IC 7556. b- Sinh viên hãy xác định các mạch điện cơ bản được sử dụng trong sơ đồ và nêu nhiệm vụ của các linh kiện có trong sơ đồ. c- Hãy vẽ dạng của các tín hiệu tại các ngõ ra của các IC1, IC2a, IC2b, IC2c, IC2d và suy ra nguyên lý hoạt động của mạch đuổi muỗi trên. Bài làm a. Chức năng của chân 3 và 11: IC 7556 gồm 2 IC 555 đóng chung một võ cho nên các chân chức năng của IC 7556 giống như các chân chức năng của IC 555 nhưng với số lượng mỗi chân gấp đôi. Ta sẽ dựa vào cấu tạo của IC 555 để suy ra chức năng chân 3 và 11 của IC 7556. - IC 555 gồm các chân: Trigger, output, reset, control, threshold và discharge - Trong sơ đồ mạch IC 7556 đã có các chân: Trigger, output, reset, threshold và discharge + Như vậy các chân không được vẽ ra là các chân 'control' Chân 3 và 11 là 2 chân 'control' của 2 IC 555 bên trong IC 7556 Nhận xét về cách bố trí các chân của IC 7556: Ta có sơ đồ chân của IC 7556 như sau: Ta thấy các chân của mỗi IC 555 bên trong IC 7556 được thiết kế trên cùng một dãy chân. Với thiết kế này sẽ tạo thuận tiện cho người thiết kế khi vẽ mạch. b.Các mạch điện cơ bản có trong sơ đồ:
3. - IC1 là IC 7556 kết hợp với (C1, R1, R2) tạo thành một mạch dao động đa hài phi ổn và kết hợp với (C 2, R3, R4) tạo thêm mạch dao động đa hài phi ổn thứ 2( kiểu dùng IC 555, vì bên trong IC 7556 là 2 IC 555). - IC2b kết hợp với (C3, VR1) tạo thành một mạch dao động đa hài phi ổn (kiểu dùng 1 cổng logic) có tần số điều chỉnh được. - IC2d kết hợp với (VR2, R 5) tạo thành mạch cho phép hoạt động theo nhiệt độ của môi trường. Nhiệm vụ của các linh kiện: - IC 7556 tạo ra 2 chuỗi xung tuần hoàn - R1, R2 và C1 đảm bảo cho mạch dao động đa hài phi ổn hoạt động - R3, R4 và C2 đảm bảo cho mạch dao động đa hài phi ổn hoạt động - IC2a, IC2c, IC2d có vai trò là các mạch điều khiển - IC2b tạo ra chuỗi xung vuông tuần hoàn - VR1 và C3 đảm bảo cho mạch dao động đa hài phi ổn hoạt động - VR2 và R5 đảm bảo cho mạch hoạt động tự động - Loa tạo ra sóng siêu âm - R6 hạn dòng qua loa c. Dạng của các tín hiệu tại các ngõ ra của các IC1, IC2a, IC2b, IC2c, IC2d: Nguyên lý hoạt động của mạch: - Mạch đuổi muỗi hoạt động theo nguyên tắc, ngõ ra của loa tạo ra tần số khoảng 22kHz. - Hai IC555 bên trong IC 7556 được mắc theo kiểu mạch dao động đa hài phi ổn. IC này sẽ tạo ra 2 chuỗi xung có tần số dao động khác nhau làm ngõ vào cho IC2a. + Chuỗi xung thứ nhất được tạo ra ở chân 5 có tần số khoảng 0.0145 Hz (T = (R1+2R2)C1Ln2 = 68.6 s => f = 0.0145Hz) + Chuỗi xung thứ hai được tạo ra ở chân 9 có tần số khoảng 0.011Hz (T = (R3+2R4)C2Ln2 = 91.5 s => f = 0.011Hz) - IC2a là IC cổng NAND 2 ngõ vào, ngõ ra trả về mức 0 khi cả 2 ngõ vào đều bằng 1. IC2a nhận 2 tín hiệu là 2 chuỗi xung từ IC7556 để tạo ra chuỗi xung
4. ngẫu nhiên, có độ rộng xung khác nhau. Chuỗi xung ngẫu nhiên này sẽ là một ngõ vào tín hiệu cho IC2c. - IC2b là mạch dao động đa hài phi ổn thứ 2 trong mạch. Khối mạch này sẽ tạo ra một chuỗi xung vuông tuần hoàn có tần số điều chỉnh được. Tần số ngõ ra của IC2b phụ thuộc vào giá trị của biến trở VR1. Đây là khối mạch sẽ tạo ra chuỗi xung có tần số cao (khoảng 22kHz ) để đuổi muỗi. Và chuỗi xung này sẽ là ngõ vào tín hiệu thứ 2 cho IC2c. - IC2c sẽ lấy tín hiệu được cung cấp từ IC2a dùng như là 1 tín hiệu điều khiển cho phép mở cổng hay đóng cổng. Khi tín hiệu từ IC2a ở mức cao thì sẽ cho phép chuỗi xung có tần 22kHz từ IC2b đi qua và khi tín hiệu từ IC2a ở mức thấp thì ngõ ra của IC2c luôn bằng 1. IC2c co tác dụng tạo ra sẽ ngắt quảng của chuổi xung 22kHz khả năng đuổi muỗi sẽ tăng lên. - Và một điều đặc ở mạch đuổi muỗi này là nó có khả năng tự động tắt mở theo nhiệt độ. Chức năng này được thực hiện bởi IC2d, cũng là cổng NAND có môt ngõ vào điều khiển cho phép mở cổng hay đóng cổng. + Ban ngày nhiệt độ của môi trường cao, cho nên nhiệt trở R5 sẽ có giá trị thấp. R5 và VR2 tạo thành cầu phân thế cho nên ngõ vào điều khiển sẽ có mức logic là 0 kéo theo ngõ ra của IC2c luôn là mức 1 và loa sẽ không hoạt động + Về đêm nhiệt độ của môi trường thấp, cho nên nhiệt trở R 5 sẽ có giá trị cao cho nên ngõ vào điều khiển sẽ có mức logic là 1 cổng được mở cho phép chuỗi xung đuổi muỗi đi qua (được cung cấp từ IC2c ), lao sẽ hoạt động và mạch đuổi muỗi sẽ phát huy tác dụng. Điều tất nhiên là để mạch ngừng hoạt động vào ban ngày và hoạt động vào ban đêm được chính xác thì phải điều chỉnh VR2 có gí trị hợp lý. Vì tín hiệu tạo ra là chuỗi xung ngắt quảng cho nên nó sẽ có tác dụng cao hơn so với một chuỗi xung được tạo ra liên tục. Đây là điểm rất hay của mạch Bài 5.4. Hãy thiết kế một mạch dao động đa hài phi ổn dùng IC 555 để cung cấp tín hiệu cho một đèn LED với các yêu cầu như sau: Nguồn cung cấp: Vcc = 5V. Tần số nhấp nháy của đèn khoảng 1 Hz. Trong một chu kỳ, đèn cháy khoảng 1/3 thời gian và tắt khoảng 2/3 thời gian. Đèn LED khi cháy có độ sáng vừa phải. Bài làm Mạch được thiết kế có sơ đồ như hình (H.1):
5. (H.1) IC 555 tạo thành mạch dao động đa hài phi ổn có tần số phụ thuộc vào thời hằng RC. LED được phân cực như sau: + Khi ngõ ra của mạch dao động đa hài phi ổn (chân 3) ở mức cao thì LED tắt + Khi ngõ ra của mạch dao động đa hài phi ổn ở mức thấp thì LED cháy Chu kỳ của tín hiệu tạo ra phụ thuộc vào thời gian nạp và xả của tụ C: + Tụ C sẽ nạp điện qua 2 điện trở R 1 và R2, tương ứng với thời gian tụ C nạp thì chân 3 sẽ ở mức cao LED tắt + Tụ C sẽ phóng điện qua điện trở R2, tương ứng với thời gian tụ C phóng thì chân 3 sẽ ở mức thấp LED cháy Như vậy thời gian LED cháy và tắt sẽ không bằng nhau và thời gian LED tắt sẽ lớn hơn thời gian LED cháy Chọn linh kiện: - Dùng IC NE555 0 - Chọn R1, R2, và C sao cho tần số nhấp nháy của đèn khoảng 1Hz Chu kì của tín hiệu: T= 1/f = 1s Do trong một chu kì, đèn cháy khoảng 1/3 thời gian và tắt khoảng 2/3 thời gian. Gọi T1 là khoảng thời gian đèn tắt, T2 là khoảng thời gian đèn cháy Ta có: T = T1+T2 Với T1 = (R1+R2)C.ln2 ( thời gian tụ nạp) T2= R2.C.ln2 ( thời gian thụ xả) Ta có hệ phương trình:
6. (R1+R2).C.ln2 = 2/3 R2.C.ln2= 1/3 Đây là hệ 2 phương trình 3 ẩn số, ta sẽ chọn trước giá trị của C, sau đó suy ra giá trị của R1 và R2: + C = 0.1uF R1=R2= 4,8M  + C = 1uF R1=R2= 480K  + C = 10uF R1=R2= 48K  + C = 100uF R1=R2= 4,8K  Để mạch chạy tương đối ổn định, R được chọn khoảng vài vài chục K trở lên, vì vậy ta chọn C = 10uF và R1 = R2 = 48K  - Phân cực cho LED cháy vừa phải. Hiệu điện thế của nguồn là 5V. Ta chọn dòng điện qua LED khoảng 10 mA để LED đủ sáng nhưng không làm quá hao năng lượng. Hiệu điện thế giữ hai đầu Led khi phân cực thuận là V LED = 2V, giả sử ngõ ra tại chân số 3 của IC555 khi ở mức cao là 5V và ở mức thấp là 0V. Khi đó ta có: Vcc VLED Khi LED cháy: 10mA R3 =300  . Ta chọn R 3= 270 để Led R3 sáng hơn một chút. - Ngoài ra để IC hoạt động tốt ta mắc thêm tụ 0.1uF vào chân số 5 của IC 555 để chống nhiễu.