Bài giảng Kỹ thuật xung-số - Chương 1: Khái niệm cơ bản về kỹ thuật xung - Nguyễn Linh Nam

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆKHOA ĐIỆNKỸ THUẬT XUNG - SỐ GIẢNG VIÊN: TS.NGUYỄN LINH NAMPHẠM VI ỨNG DỤNG KỸ THUẬT XUNG - SỐ Các hệ thống đo lường, điều khiển Cấu trúc máy tính Điện tử dân dụng và công nghiệp Các hệ thống thông tin hiện đại Kỹ thuật RôbốtMỤC TIÊU MÔN HỌCCung cấp các kiến thức cơ bản về: - cấu tạo - nguyên lýhoạt động - ứng dụngcác mạch tạo dạng xung, mạch số.Trang bị kỹ năng: - phân tích - thiết kế các mạch xung-số cơ bản và ứng dụng.Tạo cơ sở cho tiếp thu các kiến thức chuyên ngành khác, cũng như thực hiện các thí nghiệm và ứng dụng thực tế. NỘI DUNG MÔN HỌCKỸ THUẬT XUNGChương 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNGChương 2: CÁC MẠCH TẠO DẠNG XUNGChương 3: DAO ĐỘNG ĐA HÀIKỸ THUẬT SỐChương 4: HỆ THỐNG SỐ ĐẾM VÀ MÃChương 5: ĐẠI SỐ BOOLE VÀ CÁC PHẦN TỬ LOGIC CĂN BẢNChương 6: HỆ TỔ HỢPChương 7: HỆ TUẦN TỰTÀI LIỆU THAM KHẢO1. Bài giảng kỹ thuật xung-số, Nguyễn Linh Nam.2. Kỹ thuật số 1, Nguyễn Như Anh, NXB Đại học Quốc gia TPHCM, 20013. Cơ sở kỹ thuật điện tử số, Vũ Đức Thọ (dịch), NXB GD, 20034. Kỹ thuật số, Nguyễn Thúy Vân, NXB KHKT, 19955. Kỹ thuật xung, Vương Cộng, NXB KHKT, 19976. Kỹ thuật xung căn bản và nâng cao, Nguyễn Tấn Phước, NXB TPHCM, 20027. Giáo trình kỹ thuật xung-số, vụ giáo dục trung học và dạy nghề Pulse circuits, astable/monostable circuits, logic gate, digital fundamentals, digital design,KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ BÀI KIỂM TRA GIỮA KỲ: 30% BÀI KIỂM TRA CUỐI KỲ: 50% ĐIỂM BÀI TẬP + CHUYÊN CẦN: 20% ĐIỂM KHUYẾN KHÍCH HỌC TẬP: + Lên bảng làm bài tập + Phát biểu, đưa ra các ý kiến xây dựng bài họcChương 1: KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ KỸ THUẬT XUNG1. Tín hiệu xung Khái niệm Tín hiệu tương tự- Analog Tín hiệu số- Digital Các thông số của tín hiệu xung2. Khoá điện tử Khái niệm Khoá BJT Khoá Op-Amp Mạch ứng dụng3. Mạch RLC Mạch RC Mạch RLMục tiêu của chương:Hiểu được khái niệm về tín hiệu xungHiểu được các khái niệm về khóa điện tử BJT, OP-AMP.Vẽ được sơ đồ mạch và giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch RC, RL,...Mạch tương tự # Mạch sốTÍN HIỆU XUNG Tín hiệu điện (dòng, áp) có biên độ thay đổi theo thời gian: - Tín hiệu liên tục (tuyến tính, tương tự-analog) - Tín hiệu gián đoạn (xung, số-digital)Tín hiệu xung còn gọi là các xung điện, đó là dòng điện hoặc điện áp tồn tại trong một khoảng thời gian rất ngắn, có thể so sánh được với quá trình quá độ xảy ra trong mạch điện mà chúng tác dụng.Các thông số của tín hiệu xungtx :Độ rộng xungT: Chu kì xungf=1/T: Tần số xungQ=T/tx: Độ rỗng của xungn=tx/T: Hệ số đầy của xungDãy xungXung đơnA: biên độ cực đại của xung.tr: thời gian lên (biên độ xung tăng từ 10% lên 90tf: thời gian xuống (biên độ xung giảm từ 90% đến 10tp: độ rộng xung, là thời gian tồn tại của xung với biên độ trên mức 10%KHOÁ ĐIỆN TỬKhóa điện tử: trạng thái đóng (còn gọi là trạng thái dẫn) trạng thái ngắt (còn gọi là trạng thái tắt) tác động của tín hiệu điều khiển ở ngõ vàoKhoá transistor (BJT)BJT có thể làm việc ở một trong hai trạng thái: -Trạng thái tắt: dòng qua transistor bằng 0, transistor khoá. -Trạng thái dẫn bão hoà: dòng qua transistor đạt giá trị cực đại, transistor dẫn.-Vin=0, VBE=0, transistor ngưng dẫn. IB=0 và IC=0 VCE=Vout=VCC-IC.RC=VCC-Vin#0 và VBE>VBEsat(Si=0.7V; Ge=0.2V), transistor chuyển sang trạng thái dẫn bão hoà VCE=VCEsat=0.1÷0.2V (Si) ICsat=(VCC-VCEsat)/RC IB=IC/β (β: độ khuếch đại dòng). Để chọn giá thích hợp RB: IB =(k.IC)/β (k là hệ số bão hoà sâu, k=2÷5). RB=(Vin-VBEsat)/IBQuan hệ vào ra:Ngõ vào là xung vuông có tần số 1KHz, biên độ 5V, nguồn Vcc = 12VNgõ ra là xung vuông có tần xố 1KHz, biên độ 12VVinVoutÁp dụng 1:Cho khoá BJT như hình vẽ, biết Vcc = 12V; Rc = 1.5kΩ; Q1 có β = 100; Nguồn Vb = 5VTìm giá trị Rb để khi S1 đóng Q1 sẽ dẫn bão hoàVcesVbesIbsIcsGiải: Vcc,Vces  Ics  Ibs  RbÁp dụng 2: Mạch điều khiển Relay.Cho khoá BJT như hình vẽ, biết Q1 có β = 200; Relay có thông số V = 12V, I = 20mA; Vin là tín hiệu điều khiển có dạng xung vuông với mức thấp 0V, mức cao 5VTìm giá trị Rb để khi Vin ở mức cao Q1 sẽ dẫn bão hoà Relay tác động đèn D1 sáng lên.Bt1: BJT Q1 có = 150, D1 có điện áp thuận VF = 2(V) Tính giá trị các điện trở R1, R2 để đảm bảo khi K1 đóng Q1 dẫn bão hoà với dòng ICS = 20mA? LED D1 có dòng cực đại IFmax = 50mA, tìm giá trị nhỏ nhất của R1 để D1 không cháy(hỏng)?Bt2: BJT Q1 có = 150, LED có điện áp thuận VF = 2(V), dòng thuận IF = 20mA. Tính giá trị các điện trở R1, R2, R3 để đảm bảo khi K1 đóng Q1 dẫn bão hoà thì các LED sáng an toàn. LED có dòng cực đại IFmax = 50mA, tìm giá trị nhỏ nhất của các R2, R3 để LED không cháy(hỏng)?Khoá khuếch đại thuật toán (OP-AMP)Đặc điểm của OP-AMP - Hệ số khuếch đại vi sai lớn (105~106) - Trở kháng ngõ vào lớn (Zin=∞) - Trở kháng ngõ ra nhỏ (Z0=0)→ Chính vì vậy dòng chảy vào các đầu vào rất nhỏ (~0). Tuỳ thuộc điện áp ở hai ngõ vào không đảo (+) và ngõ vào đảo (-) so với nhau mà OP-AMP sẽ ở một trong hai trạng thái sau : - Vin+ > Vin- thì V0=+Vcc, gọi là trạng thái bão hoà dương. - Vin+ VB, Vout = +Vs = +5VỨng dụng làm mạch cảm biến và điều khiển ánh sáng, mạch cảm biến dò đường trong Rôbốt.20Áp dụng 2: Mạch cảm biến hồng ngoại(Infrared)D1 là điốt thu hồng ngoại IR, D1 được phân cực ngược, điện áp rơi trên D1 phụ thuộc cường độ tia IR ánh sáng chiếu vào D1, khi có tia IR tác động rơi áp VD1 nhỏ( hay VA lớn), khi không có tia IR tác động rơi áp VD1 lớn ( hay VA nhỏ)VA = V+ thay đổi theo sự tác động của tia IR vào D1, thiết lập VB = V- cố định - Khi tia IR tác động VA > VB, Vout = +Vs = 5V - Khi không tác động(hay tác động yếu) VA >τ)Tröôøng hôïp 2 (t1 >τ)Tröôøng hôïp 2 (t1 << τ )Tröôøng hôïp 2 (t1 << τ )VR(t)Mạch RLTrên thực tế người ta ít dùng mạch RL cho mạch xung: -Kích thước mạch lớn. -Do giữa các vòng dây quấn luôn tồn tại điện dung ký sinh kết hợp với các vòng dây quấn hình thành các vòng khung cộng hưởng. Đây chính là nguyên nhân gây sinh ra các dao động tự kích, tức là tạo ra các tín hiệu nhiễu trong mạch. -Chỉ được ứng dụng trong bộ lọc nguồn nhỏ -Khi chỉnh lưu, ngoài tín hiệu một chiều còn có các sóng hài xoay chiều làm tín hiệu một chiều sau chỉnh lưu không thể bằng phẳng.