Tổng quan về cổng lôgíc
Cổng hoặc (OR gate)
Cổng hoặc là cổng lôgic cơ bản nó thực hiện phép tính tổng các biến số ở đầu vào tức là :
Y = A+ B +….+ N Với A,B….N là các biến số ở đầu vào , còn Y là hàm số hay kết quả đầu ra b) Kí hiệu :
Cổng OR hai đầu vào và cổng OR 3 đầu vào đợc biểu diễn nh hình vẽ:
Cổng OR hai đầu vào Cổng OR ba đầu vào c) Bảng sự thật :
Các đầu vào §Çu ra
1 1 1 d) Biểu diễn cổng Or bằng một mạch điện đơn giản: e) Dạng sóng của cổng OR:
Cổng Và (AND gate)
Cổng and là cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện phép tính lôgíc của các biến số ở đầu vào tức là :
Y= A.B…….N Với : A,B… N là các biến số đầu vào
Một cổng AND có thể có nhiều đầu vào nhng thông th- ờng nó chỉ có từ 2 đến 3 đầu vào b) Kí hiệu :
Cổng AND có 2 đầu vào và 3 đầu vào có kí hiệu nh hình vẽ :
Cổng AND 2 đầu vào Cổng AND 3 đầu vào c) Bảng sự thật: d) Biểu diễn cổng and bằng mạch điện, bán dẫn đơn giản
Biểu diễn bằng mạch điện đơn giản và Biểu dễn bằng mạch bán dẫn đơn giản e) Dạng sóng của cổng
Dạng sóng của cổng and đợc thể hiện nh hình vẽ
Cổng AND chỉ cho phép đầu ra Y ở mức cao khi cả hai đầu vào A và B đều ở mức cao Dạng sóng của cổng này thể hiện rõ ràng sự phụ thuộc giữa đầu vào và đầu ra.
Cổng Đảo (Inverter gate)
Cổng đảo còn gọi là cổng NOT Nó thực hiện thuật toàn lôgíc phủ định biến số ở đầu vào tức là Y =
Kí hiệu cổng not trình bày nh hình vẽ cổng not chỉ có một đầu vào và một đầu ra.
Cổng not hoạt động theo bảng chân lý trên d) Biểu diễn cổng not bằng mạch điện và mạch bán dẫn đơn giản
Cổng và Đảo(NAND gate)
Cổng nand là một cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện thuật toán phủ định tích lôgíc các biến số đầu vào tức là :
Cổng nand có thể có 2 hay nhiều đầu vào c) Bảng sự thật: d) Biểu diễn bằng mạch điện và mạch bán dẫn đơn giản: e) Dạng sóng cổng NAND
Cổng Hoặc Đảo(NOR gate)
Cổng NOR là một cổng lôgíc cơ bản nó thực hiện thuật toán phủ định tổng lôgíc các biến số ở đầu vào Tức là : Y b) Ki hiệu:
Cổng NOR có thể có 2 hoặc nhiều đầu vào c) Bảng sự thật:
Cổng NOR hoạt động theo nguyên tắc rằng đầu ra chỉ ở mức cao khi cả hai đầu vào đều ở mức thấp; trong mọi trường hợp khác, đầu ra sẽ ở mức thấp Để biểu diễn cổng NOR, có thể sử dụng một mạch điện đơn giản hoặc một mạch bán dẫn.
Cần chú ý tụ C trong mạch điện dùng để chống ngắn mạch nguồn 220v AC đầu vào khi các công tắc A,B đều ở trạng thái đóng.
Cổng NOR chỉ cho ra đầu ra mức cao khi cả hai đầu vào đều ở mức thấp; trong tất cả các trường hợp khác, đầu ra sẽ ở mức thấp Dạng sóng của cổng NOR thể hiện rõ sự hoạt động này.
Dạng sóng thể hiện nh hình vẽ:
Cổng Hoặc loại trừ( EXOR gate)
Cổng EXOR là một loại cổng lôgíc mà nó có khả năng thực hiện thuật toán cộng lôgíc khác dấu các biến số ở đầu vào : tức là Y= A B b) Kí hiệu :
Cổng EXOR hoạt đọng theo bảng chân lý trên d) Biểu diễn sự hoạt động của cổng EXOR bằng một mạch lôgíc đơn giản
BA e) Dạng sóng của cổng EXOR
Dạng sóng của cổng được minh họa trong hình vẽ cho thấy rằng đầu ra chỉ đạt mức cao khi hai đầu vào có mức lôgíc đối nhau Ngược lại, khi hai đầu vào có cùng một mức lôgíc, đầu ra sẽ ở mức thấp.
Cổng loại trừ NOR
Cổng NOR là 1 loại cổng lôgíc nó có khả năng thực hiện thuật toán phủ định tích lôgíc loại trừ của biến số đầu vào : tức là
Bảng chân lý của cổng loại trừ NOR cho thấy rằng khi cả hai đầu vào đều ở mức cao hoặc thấp, đầu ra sẽ cao Ngược lại, nếu một trong hai đầu vào ở mức thấp hoặc cao, đầu ra sẽ ở mức thấp.
1 1 1 d) Biểu diễn cổng NOR loại trừ bằng mạch điện lôgíc
A e) Dạng sóng của cổng NOR loại trừ
Cổng đệm (Buffer gate)
Cổng đệm cho phép tín hiệu đi qua mà không làm biến đổi dạng sóng của tín hiệu, thực hiện theo thuật toán logic Y=A.
Cổng đệm dùng trong trờng hợp khi ta cần một dòng điện thúc cho tải tơng đối lớn trị số của nó vợt quá khả năng tải dòng của
IC lôgíc thì ta cần phải lắp thêm một cổng đệm nằm trung gian giữa IC lôgic và tải b) Kí hiệu của cổng đệm :
Cổng đệm hoạt động theo nguyên tắc rằng khi đầu vào là 1, đầu ra cũng sẽ là 1, và khi đầu vào là 0, đầu ra sẽ là 0 Cổng đệm có thể được biểu diễn bằng mạch bán dẫn đơn giản Dạng sóng của cổng đệm thể hiện rõ sự tương đồng giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra.
Dạng sóng của A và Y luôn luôn đồng pha với nha
mạch tự động báo giờ học cho 5 tiết học
Tác dụng từng khối
Nguồn DC 5V được chuyển đổi từ nguồn xoay chiều 220V thông qua quá trình nắn, lọc và ổn áp, cung cấp điện cho các khối tạo xung đồng hồ, bộ đếm, giải mã và hiển thị bằng đèn LED 7 đoạn.
Nguồn 12 V DC cấp cho rơle hiển thị ra chuông
-Tạo xung CK: Tạo ra dao động xung đa đến bộ đếm
-Bộ đếm xung CK : khống chế cho đúng yêu cầu đề bài và đa đến phần giải mã
- Giải mã :Nhận các xung đã đợc khống chế từ bộ đếm đa đến, giải mã xung và giao tíêp với led
Hiển thị là quá trình nhận tín hiệu từ khối giải mã để hiển thị các số đếm, đồng thời kích hoạt chuông theo yêu cầu đã đặt ra.
Khèi nguồn Khối hiển thị
Khèi bé đếm thêi gian
Khèi thiÕt lËp đầu vào
3.Sơ đồ nguyên lí mạch đếm
4520 CP0A CP1A MRA CP0B CP1B MRB
CD4520 CP0A CP1A MRA CP0B CP1B MRB
CD4520 CP0A CP1A MRA CP0B CP1B MRB
Nguyên lý làm việc
Mạch đếm sử dụng 3 IC 4520 và 1 IC 74HC193 a.IC đếm C 1 - 4520 giây :
+) C1 – 4520 có 2 bộ đếm gồm có CP0B Q0B
* Sử dụng là bộ đếm đơn vị giây:
- Xung thứ nhất : CK1 = 1 -> CP0 = 1 -> đầu ra Q0 = 1 Q1 Q2 = Q3 = 0
- Đợc đa qua BUS 2 có địa chỉ Q0B = 1
Q1B = 2 Q2B = 3 Q3B = 4 > IC giải mã G1(7447) để thực hiện giao tiếp với LED 7 đoạn.
> đầu ra của IC giải mã G1 có : b = c =1 a = d = e = f= g = 0 -> LED hiển thị số 1
A1 = 1 , A0 = A2 = A3 = 0 > G1 cã ®Çu ra: a = b = g= e=d= 1 > LED hiÓn thị số 2
Quá trình đếm tiếp tục thực hiện nh trên khi đếm xung thứ 9
YU1 có 2 nhiệm vụ : + Reset lại bộ đếm đơn vị
+ Cấp xung cho bộ đếm hàng chục
CP0A = 1+) Bộ đếm thứ 2 trong 4520 thực hiện đếm hàng chục:
- Bộ đếm hàng chục bắt đầu đếm với CP0A = 1 > Q0
- Đầu ra của IC giải mã G2 (7447) có: b = c = 1 a = d e=f=g = 0
- Quá trình đếm và giải mã với các xung tiếp theo hoàn toàn giống nh trên Khi đến xung thứ 6 có Q1 = Q2 = 1
YU2 làm CK cho bộ đếm đơn vị phút của G2
> thực hiện Reset cho hàng đơn vị phút (MRB =1)
- Nhận xung từ bộ đếm giây sau khi bộ đếm đếm giây đếm đến 60
- Đầu ra của IC giải mã G3 (7447) có : b = c = 1 a = d = e = f = g = 0 > LED hiển thị sè 1
- Quá trình đếm và giải mã với các xung tiếp theo hoàn toàn giống nh trên Khi đến xung thứ 9 của hàng đơn vị phút thì:
YU3 có 2 nhiệm vụ : Cấp xung cho bộ đếm hàng chôc CP0A
YO2 = YU3 + Q(FF-RS) + YU10 + Reset = 1 > MRA = 1 – hàng đơn vị đợc reset
- Bộ đếm hàng chục bắt đầu đếm với CP0A = 1 > Q0 = 1 = A0
- Đầu ra của IC giải mã G4 (7447) có: b = c = 1 a = d= e=f=g = 0 > LED hiển thị số 1
- Quá trình đếm và giải mã với các xung tiếp theo hoàn toàn giống nh trên khi bộ đếm C2 có Q2A = 1 và Q2B
-> YU4 = Q2A Q2B Q0B = 1 > thực hiện reset toàn bộ đếm.
YU4 có nhiệm vụ -> Cấp cho chân S của FF-RS để khống chế bộ đếm thời gian nghỉ. b Bộ đếm thời gian nghỉ
- Thực hiện đếm cứ sau 1 tiết học > đếm thời gian nghỉ 5 phút riêng giữa tiết 3 – 4 thời gian nghỉ là 15 phút.
- Thực hiện khi Y = 1 (bộ đếm phút đếm đợc 45)
YU5 =Q2A Q0B Q0A ( khi bộ đếm đến 15 -> YU5 1) YU6 = Q2A Q0A YO6
- §Çu ra Q(FF) = 1 Q(FF) = 0 -> YO2 = 1 > Reset đếm phút
YO5 = YO4 + YU10 + Reset = 0 Mạch thực hiện đếm
YO4 = 1 > YO5 = 1 > Reset đơn vị
Khi bộ đếm đến 5 và bộ đếm số không phải là số 3 -> YU6
= 1 giờ giải lao giữa các tiết trừ tiết 3- 4
Khi bộ Đếm Tiết C4 – 74HC193 thực hiện đếm đến 3 thì cho phép C2 đếm đến 15 mới dừng. c.Bộ đếm Tiết học C4 – 74HC193
- Thực hiện đếm lên với CK là xung mức cao của đầu ra của YU4
74HC193 thực hiện đếm với Mod – 6
Khi đạt đến số 6, bộ đếm sẽ tự động reset về chế độ đếm ban đầu nhờ vào tín hiệu từ các đầu vào D1, D2 và D3 Các đầu vào này được kết nối với các switch để nhập giá trị trước cho bộ đếm C4.
Các mạch cần thiết kế
Khối nguồn
1 Khái niệm và sơ đồ khối, nhiệm vụ các khối a)Khái niệm:
Mạch cung cấp nguồn có nhiệm vụ tạo ra năng lượng cần thiết cho các thiết bị điện và điện tử hoạt động Nguồn năng lượng này là nguồn một chiều, được chuyển đổi từ điện xoay chiều từ pin ắc quy.
Mạch cung cấp nguồn chủ yếu phục vụ cho IC, do đó yêu cầu độ ổn định cao, necessitating the use of mạch ổn áp Dưới đây là sơ đồ khối của mạch nguồn Các khối trong mạch đảm nhiệm những nhiệm vụ quan trọng.
- Biến áp : Dùng để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị phù hợp với tải
- Mạch chỉnh lu: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều nhấp nhô(điện áp 1 chiều có độ lớn thay đổi theo thời gian).
- Bộ lọc: San bằng điện áp 1 chiều nhấp nhô thành điện áp 1 chiều bằng phẳng U4
- Bộ ổn áp : Có nhiệm vụ tạo ra điện áp một chiều ổn định
U5 cung cấp cho tải, khi điện áp U4 hoặc trị số tải thay đổi ổn áp
Bộ nguồn có thể được cấu hình với các khối khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của tải; ví dụ, nếu điện áp của tải phù hợp với điện áp mạng, biến áp sẽ không cần thiết Ngoài ra, trong trường hợp tải không yêu cầu cao, ổn áp hoặc ổn dòng cũng có thể không cần thiết.
2 Phân tích các khối : a Máy biến áp:
Trong thiết kế mạch tự động báo giờ học, việc chọn máy biến áp là rất quan trọng Có hai loại máy biến áp: tăng áp và giảm áp Do yêu cầu về nguồn cung cấp nhỏ, tôi đã quyết định sử dụng máy biến áp giảm áp để tính toán và áp dụng trong dự án này.
Dây quấn sơ cấp của máy biến áp kết nối với điện áp xoay chiều, tạo ra từ trường xoay chiều trong mạch từ khi dòng điện đi qua Do hệ số dẫn từ của lõi thép cao hơn nhiều so với vật liệu phi từ tính, từ thông qua dây quấn sơ cấp và thứ cấp được coi là bằng nhau Mỗi dây quấn sẽ cảm ứng sức điện động, dẫn đến sự xuất hiện dòng điện I trên cuộn thứ cấp khi có tải được mắc vào.
Theo thiết kế mạch tự động báo giờ học, dòng ra ước tính khoảng 2,5A Do đó, tôi đã chọn dòng ra của máy biến áp là 3A, với điện áp ra trên cuộn thứ cấp là 12V.
Tính I1 : áp dụng công thức :
Tính công suất biến áp: P2=U2.I2.36(W)
Tính số vòng/vol: n B.S ts k
Số vòng sơ cấp: W1"0.6,386 vòng
Số vòng thứ cấp: W2.6,3u,6vòng 76 vòng
Vậy máy biến áp chọn là: Shh= 2,4.3,4
Các mạch chỉnh lu 1 pha
1 Mạch chỉnh lu 2 nửa chu kỳ: a) Mạch điện: thứ cấp biến áp TR gồm 2 nửa đối xứng do vậy điện áp U21 và
U22 có biên độ bằng nhau và ngợc pha (U21m=U22m=U2m) D1, D2 là
2 diode chỉnh lu. b) Nguyên lí làm việc:
Giả sử ở 1/2 chu kì đầu thứ cấp biến áp có chiều dơng trên, âm dới làm D1 dẫn, D2 khoá có dòng qua tải Id1
+U21 →D1 →Rt → -U21. ở 1/2 chu kì sau điện áp ở thứ cấp biến áp có chiều âm trên, dơng dới làm D2 dẫn, D1 khoá có dòng qua tải Id2
* Nh vậy cả trong 2 nửa chu kỳ của điện áp vào D1 và D2 thay nhau dẫn, dòng qua tải theo một chiều nhất định.
Mạch này có sơ đồ phức tạp hơn nhưng điện áp và dòng điện trung bình trên tải lớn gấp 2 lần so với sơ đồ 1/2 chu kỳ Mặc dù biến áp có cấu tạo phức tạp hơn và sử dụng nhiều diode hơn, dòng điện qua tải vẫn có sự nhấp nhô lớn.
2 Mạch chỉnh lu cầu: a) Mạch điện :
Mạch chỉnh lu dùng 4 diode D1, D2, D3, D4
Biến áp nguồn không có điểm giữa hoạt động theo nguyên lý: trong 1/2 chu kỳ đầu của điện áp vào, điện áp U2 có chiều dương, dẫn đến D1 và D3 hoạt động, trong khi D2 và D4 bị khoá, tạo ra dòng điện qua tải.
+U2 → D1 → Rt → D3 → -U2 ở 1/2 chu kì sau của điện áp vào, U2 có chiều âm trên, dơng dới làm cho D1, D3 khoá; D2, D4 dẫn có dòng qua tải.
Nh vậy trong mỗi nửa chu kì có
2 diode dẫn dòng qua tải xuất hiện trong cả 2 nửa chu kì và đi theo 1 chiều nhất định (minh hoạ trên giản đồ thời gian).
- có điện áp sơ cấp là 220V điện áp sơ cấp đỉnh bằng: VP1= 220 2= 311V
Cuộn dây sơ cấp có W1= 1386 vòng Cuộn dây thứ cấp W2 76 vòng. tỉ số
17điện áp đỉnh thứ cấp bằng : VP2 17 311
Điện áp cấp toàn sóng được sử dụng cho diode trong mạch nối tiếp với điện trở phụ tải, với điện áp phụ tải đạt giá trị đỉnh 18,2V Tín hiệu này đồng nhất với bộ nắn toàn sóng, dẫn đến tần số tín hiệu nắn là 100Hz Theo định luật Ôm, dòng tải là tín hiệu toàn sóng với giá trị đỉnh tương ứng.
Có 2 diode dẫn điện trong mạch nối tiếp với điện trở tải trong suốt nửa chu kì, do đó chúng ta phải trừ sụt áp trên 2 diode.
Có nghĩa là điện áp đỉnh bằng :
VP= 18,2- 2.0,7= 16,8V 17V. Điện áp trung bình trên tải :
Dòng điện trung bình trên tải:
Dòng điện lớn nhất qua diode:
3 2,7= 4,239A. Điện áp ngợc lớn nhất:
3 Lọc bằng tụ điện : a Mạch điện : b, Nguyên lí và tính toán :
Khi không có tụ lọc, điện áp trên tải có độ nhấp nhô lớn (đờng hình sin đứt nét trên đồ thị) p R t
Từ công thức ta thấy, muốn Kp nhỏ phải chọn tụ C có giá trị lớn. Mức tối thiểu của điện áp ra : U0min.
Mức tối đa của điện áp ra : U0max.
Thời gian tụ phóng điện: t1 4
Thời gian tụ nạp điện: t2 4
T ứng với 90 0 hay 1/4 chu kì)
Do vËy U0min= U0max sin θ hay θ = arcsin
Với dòng tải Rt coi nh không đổi thì It= C dt dU gs
Trong đó Ugs là điện áp gợn sóng Chọn điện áp gợn sóng có giá trị:
Ta xác định góc θ từ công thức (1): θ= arcsin
Chu kì của điện áp xoay chiều trên thứ cấp T f
1 = 10ms (bằng thời gian tơng ứng với 360 0 )
Vậy thời gian tơng ứng với 90 0 là
T, do đó t1 đợc xác định bởi : t1= 0
10 (90 0 +65 0 ) = 4,3ms= 0,0043s. từ biểu thức (2) ta có : C gs
= 2 , 5 1 0 , , 7 0043 = 6323,53 μF vậy chọn tụ tiêu chuẩn là 6500 μF /35V.
4) Mạch ổn áp bù dùng 2TZT khác loại a) Mạch điện :
Trong mạch điện, điện trở R1 đóng vai trò là điện trở khởi động, cung cấp nguồn Uv cho cầu phân áp nhằm phân cực cho Q1 dẫn Khi Q1 dẫn, nó sẽ điều khiển Q2 hoạt động Đồng thời, điện trở R2 kết hợp với Dz tạo thành mạch ổn áp tham số, với R2 được mắc ở cực E của Q1.
Transistor điều chỉnh Q2 cùng loại PNP Điện áp ra đựoc tính nh sau:
Khi Uv tăng, Ur cũng tăng do điện áp trên Dz được giữ cố định Điều này dẫn đến việc toàn bộ sự gia tăng điện áp trên R2, có nghĩa là cực E của R2 sẽ bị ảnh hưởng.
Q1(UEQ1) tăng nhanh hon do đó điện áp UBEQ1 giảm đi, Q1 dẫn yếu đi, dòng Ic1giảm do đó rơi trên Rt giảm cũng có nghĩa là
UBEQ2 giảm, Q2 dẫn yếu đi, UCEQ2 tăng làm cho điện áp ra không t¨ng.
Khi dòng tải nhỏ dẫn đến điện áp ra tăng lên quá trình xảy ra tơng tự.
Khi điện áp đầu vào giảm hoặc dòng tải tăng, dẫn đến điện áp ra giảm, quá trình xảy ra ngợc lại dẫn đến điện áp ra không giảm.
ổn áp
1) ổn áp bù tuyến tính dùng IC ổn áp a) Khái niệm Để thu nhỏ kích thớc cũng nh chuẩn hoá các tham số của các bộ ổn áp 1 chiều kiểu bù tuyến tính, ngời ta chế tạo chúng dới dạng vi mạch Do vậy thuận tiện cho việc sử dụng.
IC ổn áp có dòng ra từ 100mA đến vài chục A và điện áp có thể cố định hoặc điều chỉnh được, với công suất tiêu tán từ vài W đến vài chục W Để sử dụng hiệu quả, cần tham khảo sổ tay để biết các tham số và sơ đồ bố trí chân IC Các loại ổn áp phổ biến hiện nay bao gồm LM105, LM309, LM317, 78XX, và 79XX Cấu trúc của các IC ổn áp bao gồm các khối tạo điện áp chuẩn, khuếch đại so sánh, phần tử điều chỉnh và bảo vệ quá tải.
IC ổn áp 7805 có dòng ra khoảng 100mA đến vài chục A, điện áp ra cố định là +5V Công suất tiêu tán vài W đến vài chôc W.
* Sơ đồ cấu trúc IC7805
Các IC có 3 chân (ví dụ như họ 78, 79) có điện trở R1, R2 được kết nối bên trong, cho ra điện áp cố định Đối với loại IC có 4 chân, chân số 4 thường được bỏ trống, cho phép điều chỉnh điện áp ra tại chân 2 theo công thức cụ thể.
R ) víi Uch=UDZ1 Để bảo vệ IC ngời ta thì ngời ta thiết kế hai mạch bảo vệ quá áp và bảo vệ quá dòng
R3,R4và Q3 tạo thành mạch bảo vệ quá dòng nếu dòng tải lớn UR3 lớn Q3 mở hạn chế dòng vào cực BQ4.
Khi điện áp vào quá lớn hoặc do chập tải làm điện áp ra quá nhỏ dẫn đến:
Dòng điện đi qua các điện trở R5, R4, R3 khiến transistor Q3 được kích hoạt, bảo vệ Q5 khỏi quá nhiệt khi dòng qua R3 đạt giá trị tối đa Sơ đồ ổn áp sử dụng IC 78xx và 79xx để cung cấp điện áp ra cố định.
- họ 78xx cho ra điện áp ổn định có cực tính dơng ,điện áp đợc chỉ thị băng 2 số cuối. ví dụ: A 7805 điện áp +5v
-Họ 79xx cho ra điện áp ổn định có cực tính âm ,điện áp đợc chỉ thị bằng 2 số cuối ví dụ: A 7905 điện áp -5v
-sơ đồ ổn áp dùng 78,79 (hình a,b)
Trong trờng hợp cần có điện áp ra lớn hơn điện áp ổn định của IC có thể sử dụng sơ đồ (hình c) Ur= U0+Uz.
Khi cần tăng dòng tải có thể mắc thêm transistor phối hợp với
IC ổn áp (sơ đồ hình dới đây):
- Để có điện áp ra đối xứng (nguồn ) dùng sơ đồ hình e.
(e) d) Sơ đồ ổn áp dùng IC có điện áp ra điều chỉnh đợc
- Sơ đồ ổn áp dùng IC LM317 (hình bên)
- IC LM317 cho điện áp ra từ 1,25 25V, dòng ra 1,5A (phải có toả nhiệt).
- Điện áp ra đợc tính theo công thức: Ur=1,25.(1+
- IC có bảo vệ quá tải
2 ổn áp xung: a) Nguyên lí ổn áp xung
- Nguồn ổn áp xung còn gọi là nguồn ổn áp ngắt mở(switching power supply) có mạch nguyên lí nh hình vẽ
+) Điện áp 1 chiều cung cấp cho mạch ổn áp là Uv
+) Khoá K đóng mở theo chu kì T.
Khi Uv thay đổi, độ rộng xung thay đổi b) Nguyên lí làm việc:
Do khoá K đóng mở theo chu kì T nên điện áp ra tải Ur có dạng xung vuông
Khi K đóng điện áp ra bằng Uv, Khi K hở điện áp Ur=0.
Giá trị trung bình của điện áp trên tải đợc tính:
T: chu k× xung tx: thời gian tồn tại xung
- từ biểu thc ta thấy khi điện áp vào thay đổi muốn điện áp ra ổn định dùng các biện pháp sau:
+) Giữ nguyên chu kì T thay đổi độ rộng xung tx (giả sử Uv tăng, để Ur ổn định phải giảm thời gian tồn tại xung tx)
+) Giữ nguyên thời gian tồn tại xung tx thay đổi chu kì T
+) Có thể thay đổi cả tx và T
Để thực hiện nguyên lý điều khiển, thường giữ nguyên T và thay đổi độ rộng xung tx Chúng ta thay khoá K bằng transistor, và việc điều khiển đóng mở transistor được thực hiện thông qua xung điều khiển.
Tạo xung điều K So sánh
Transistor Q hoạt động như một khoá ngắt mở với tần số từ 15KHz đến 50KHz, do bộ tạo xung nhịp của phần tử điều khiển tạo ra Để đảm bảo điện áp ra ổn định, phần tử điều khiển so sánh điện áp đầu ra với điện áp mẫu, và sự sai lệch này được bộ khuếch đại K khuếch đại để điều chỉnh khối tạo xung điều khiển, từ đó thay đổi độ rộng xung điều khiển và kiểm soát thời gian mở của transistor Q.
+) Tụ C và cuộn cảm L cung cấp năng lợng cho tải trong thời gian Q khoá Diode D bảo vệ Q khỏi quá tải khi dòng L giảm đột ngét
* Các bộ ổn áp xung có u điểm:
+) Có kích thuớc gọn nhẹ, do làm việc tần số cao nên tụ lọc không cần lớn.
+) Hiệu suất cao vì tổn hao trên Q nhỏ
+) Có thể ổn định điện áp ra khi điện áp vào thay đổi trong phạm vi rộng
3) Sơ đồ nguyên lí mạch nguồn (cung cấp 5V và 12V)
Theo cách tính toán và chọn mạch ở trên ta có thể chọn các trị số mạch nguồn nh sau: a) Biến áp:
Thứ cấp: 2 =1,5 W2v vòng b) Chỉnh lu:
Chọn loại diode có dòng qua lớn khoảng 3 6 A nh KBPC1005 có
VmaxPV; Imax: hoặc diode KBPC6005 có VmaxPV; Imaxj.
Chọn các tụ lọc nh sau: C1000uF; C24
C3=0,1uF ; C430uF 470uF c) ổn áp:
Để tạo ra nguồn +5V, ta cần sử dụng IC ổn áp 78M05, có dòng tối đa 200mA và điện áp đầu vào từ 7 đến 20V Tổng dòng các mạch sử dụng nguồn +5V thường nhỏ hơn nhiều so với 200mA, do đó cần thiết phải sử dụng phần tử ổn áp để đảm bảo nguồn điện ổn định.
Có UV; I giảm khoảng 0,5A , do đó R1 I
Nguồn +12v ;2A dùng để cung cấp cho Rơle báo chuông nên cần trở hạ áp khoảng: Có UV; dòng qua là 2A; cần hạ điện áp xuống còn 12V Do đó R I
Khi lắp ráp linh kiện, việc tính toán sơ bộ là cần thiết để xác định hướng lựa chọn Tuy nhiên, trong quá trình lắp ráp, cần phải điều chỉnh nhiều để phù hợp với từng điều kiện cụ thể của mạch.
Mạch tạo xung là yếu tố thiết yếu để các IC số hoạt động hiệu quả, với việc cung cấp xung Clock ở đầu vào Trong thực tế, có nhiều loại mạch tạo xung vuông được sử dụng, bao gồm các mạch sử dụng transistor, cổng logic cơ bản, IC741, IC555, và nhiều linh kiện khác Một trong những mạch cơ bản là mạch dao động đa hài sử dụng 2 transistor lưỡng cực.
Mạch dao động đa hài kiểu đối xứng
Rb1, Rb2 là các điện trở định thiên
Rc1,Rc2 là các điện trở tải
C1, C2 tạo dao động và nối tầng b)Hoạt động
Mạch sẽ tạo xung vuông nh sau
Giả sử nửa chu kì đầu Q1 đang dẫn, Q2 khoá lúc này tụ C1 sẽ xả điện :
+C1->RCEQ1-> Mass; -C1-> Rb2-> +Ucc, tụ C1 phóng tạo ra đột biến âm ở Rb1 làm cho Q2 khoá hẳn Còn khi C2 nạp điện (+Ucc-> Rc2-> +C2 ; Mass-> REBQ1-> -C2) Khi C2 nạp làm cho cực
BQ1 dơng hơn cực E (có đột biến dơng) làm cho Q1 mở bão hoà,
Q2 khoá hẳn nhng do dòng phóng của Q1 mất đi nên cực BQ2 d- ơng lên -> Q2 thông, Q1 mạch lật trạng thái.
Quá trình cứ nh vậy mà tại hai cực C của Q1, Q2 có 2 điện áp ra trái dấu.
5)Mạch dao động dùng IC-OPAM(741) a) Mạch điện :
R1, R2 tạo ngỡng so sánh điện áp
R, C mạch hồi tiếp âm với:
Ta cã hai ngìng: UP(+) = + Ucc
Giả sử trớc thời điểm t1 :
UR đạt giá trị lớn nhất, lúc này U p =+ URmax tụ C nạp điện qua R:
UC=UN Tại t1 có UC=UN=Up mạch tự động lật trạng thái
UR=-URmax =Up mạch chuyển trạng thái Ur đạt gía trị lớn nhất Umax
Sãng ra cã chu kú T víi f T
Và biên độ bằng Ucc f= 2 T
6)Mạch dao động dùng IC 7400 a) Mạch điện
Với IC 7400 chứa 4 cổng NAND mạch dao động này ta sử dụng 2 cổng nh sau: b) Mạch tơng đơng: c)Hoạt động:
Giả sử rằng lúc này T1 đang khoá, T2 đang dẫn thì tụ C1 sẽ nạp điện (còn tụ C2 phóng điện) đờng nạp của tụ C1 nh sau : +B
→R2 →+C1 →-C1→cực Bt2→Et2→mass Tụ C1 nạp sẽ gây ra đột biến dơng trên cực Bt2 điều này làm cho T2 duy trì ở trạng thái dẫn Tụ C2 phóng điện theo đờng :
+C2→cực CET2 →mass ; -C2→R1→+B→duy trì cho Q1 khoá
Khi tụ C1 được nạp đầy, tụ C2 sẽ phóng hết điện, khiến cho mạch chuyển đổi trạng thái từ T1 sang T2, trong đó T1 dẫn và T2 khóa Lúc này, tụ C1 bắt đầu phóng điện, trong khi tụ C2 tiếp tục nạp điện qua cực CET1 và các điện trở R3, R4.
T1 c1815 nạp qua R4 và cực BET1 Quá trình cứ tiếp tục nh vậy mà đầu ra ta nhận đợc những xung vuông
7) Mạch tạo xung vuông dùng IC555
Mạch tạo xung vuông sử dụng IC 555 mang lại nhiều ưu điểm vượt trội, vì vậy nó được ứng dụng rộng rãi trong các mạch điện Do đó, tôi đã chọn mạch này cho phần thiết kế của mình.
- Sơ đồ chân của IC 555 :
1Gnd 2Trg 3Out 4Rst Ctl 5
- Tác dụng các chân của IC 555 :
Chân 2 : Chân nảy hay đầu vào kích khởi (trigger),dùng để đặt xung kích thích bên ngoài khi mạch làm việc ở chế độ đa hài đơn ổn
Chân 3 : Là đầu ra của IC
Chân 4 : Chân đặt lại hay chân xoá (Reset) Nó có thể điều khiển xoá điện áp đầu ra khi điện áp đặt vào chân này từ 0,7 V trở xuống.Vì vậy để có thể phát ra xung ở đầu ra chân
Chân 5 : Chân điện áp điều khiển (Control Volt)
Chân 7 : Là chân xả (Discharrge)
Chân 8 : Là chân cấp nguồn, Ucc = 5 15 V
O1, O2 : Là 2 IC OPAM khuếch đại
FF : Là Flip – Flop loại RS
Các điện trở R tạo thành một mạng phân áp sao cho : VI 2B + /3 , VJ = B + /3
- Sơ đồ cấu trúc IC 555 :
Nh vậy cấu trúc của IC 555 bao gồm FF RS và 2 IC OPAM, 1TZT,
1 cổng đảo, 3 điện trở có trị số bằng nhau tích hợp lại.
*Ví dụ : Mạch tạo xung vuông dùng IC555
-> S=1, R=0, Q =0, Q=1 ứng với trạng thái của một bảng chân lÝ OUT=1.
Lúc đó S=0, R=0 nên các đầu vào Q và Q không thay đổi tức
Q vẫn bằng 0, tụ C tiếp tục nạp điện => trạng thái 2. §Õn khi Uc 3
=> OUT = 0 còn A1 dẫn bão hoà.
=> Tụ C bắt đầu xả điện. Đờng xả của tụ C: từ +C-> R2->RECA1-> Mass.
=> làm cho Vc giảm xuống đến khi Vcđầu ra không đổi, tức Q =1, tụ C tiếp tục phóng điện.
thì lúc này R=0 còn S=1 làm cho đầu ra Q
=0, lúc này đầu ra lên cao (OUT=1), còn A1 khoá lại, tụ C lại bắt đầu nạp để hình thành một chu kì mới.
Mạch đếm
1) Những vấn đề chung về mạch đếm a) Đặc điểm mạch đếm :
- Đếm là khả năng nhớ đợc các xung đầu vào, thực hiện thao tác đếm gọi là mạch đếm.
Mạch đếm được hình thành từ sự kết hợp của nhiều Flip-Flop, trong đó có một đầu vào cho xung đếm và nhiều đầu ra tương ứng với các đầu Q của các Flip-Flop.
- Số nhị phân có 2 chữ số 0 và 1 đợc gọi là bit.
- Mỗi Flip-Flop chỉ có một đầu ra Q cũng có 2 trạng thái 0 và 1 Cho nên đầu ra Q tơng ứng với 1 bit của số nhị phân.
- Nếu ghép các Flip-Flop lại thì kết quả sẽ đợc số nhị phân có nhiều bit, số bit bằng số Flip-Flop.
- Điều kiện cơ bản để hình thành một mạch đếm là phải có các trạng thái khác nhau mỗi khi có xung đếm vào.
- Số trạng thái khác nhau đó đợc gọi là dung lợng của mạch đếm và cũng đợc gọi là modul của mạch đếm.
Khi đạt đến trạng thái thứ M, nếu tiếp tục có xung đếm, mạch đếm sẽ tự động quay về trạng thái ban đầu và bắt đầu đếm lại Phân loại các trạng thái này là rất quan trọng trong thiết kế mạch đếm.
* Theo cách ghép Flip-Flop căn cứ vào sự khác biệt hệ số đếm của bộ đếm.
- Mạch đếm hệ nhị phân
* Theo chức năng căn cứ vào sự tác động xung đồng bộ đầu vào.
* Theo phơng pháp đa xung đếm theo tình huống thay đổi trạng thái của các FF.
Có rất nhiều loại mạch đếm nhng trong mạch thiết kế mạch tự động báo giờ học này em chỉ xét mạch đếm đồng bộ Modul 16(đếm lên)
Cô thÓ ta xÐt IC 4520:
IC HEF 4520B gồm hai mạch đếm nhị phân đồng bộ bên trong
Mạch đếm 4 bit có hai ngõ vào Clock, bao gồm ngõ vào tác động mức cao (CP0) và ngõ vào tác động mức thấp (CP1) Các ngõ ra được đệm từ tất cả 4 bit (O0 đến O3) và có một ngõ vào master reset không đồng bộ tác động mức cao (MR) Bộ đếm sẽ tiến triển theo mỗi cạnh lên của CP nếu CP1 = H hoặc theo cạnh xuống của CP1 nếu CP0 = L.
CP0 và CP1 có thể được sử dụng làm ngõ vào cho tín hiệu clock trong mạch đếm, trong khi ngõ vào còn lại cho phép tín hiệu clock đi vào Mức cao tại MR sẽ thực hiện chức năng Reset cho bộ đếm (O0 đến O3 = L) một cách độc lập với CP0 và CP1.
Hoạt động của Schmitt-trigger tại ngõ vào clock giúp tăng cường khả năng chiu đựng đối với các tín hiệu clock có thời gian lên và xuống chậm Bài viết sẽ trình bày sơ đồ chức năng của IC HEF 4520B cùng với sơ đồ chân của nó.
HEF 4520BP: 16 lead DIL, plastic
HEF 4520BD: 16 lead DIL, ceramic
HEF 4520BT: 16 lead mini-pack, plastic c) Nhiệm vụ các chân:
-CP0A, CP0B: Các ngõ vào xung clock (clock inputs) Kích khởi cạnh lên
CP 1A , CP 1B : Các ngõ vào xung clock (clock inputs) Kích khởi cạnh xuèng
-MRA, MRB: Các ngõ vào Master Reset (Master reset inpus)
- 00B 03B: Các ngõ ra (outputs) d) Sơ đồ logic: e) Bảng hoạt động: f) Dạng sóng :
Mạch giải mã
-Trên hình H26 trình bày một IC giải mã từ BCD thành 7 đoạn của IC
TTL 7447 Số BCD đợc giả mã và đặt vào ngõ vào A0 , A1 ,
Khi tác động ở mức thấp, đèn kiểm tra (LT) sẽ kích hoạt tất cả các ngõ ra từ a đến g Đồng thời, ngõ vào xoá (BI) cũng tạo ra tất cả ngõ ra ở mức cao, dẫn đến việc tắt các hiển thị.
Khi tác động ở mức thấp, ngõ vào xoá gợn sóng (RBI) chỉ hiển thị khi đạt mức 0 Khi ngõ vào RBI tác động, chân BI/RBI trở thành ngõ vào xoá gợn sóng và giữ mức thấp, có nghĩa là không kích hoạt đèn LED trên hiển thị.
LT RBI g f e d c b aRBOBI/RBO
Chức n¨ng sè thËp ph©n
0 H H L L L L H ON ON ON ON ON ON OFF
1 H x L L L H H OFF ON ON OFF OFF OFF OFF
2 H x L L H L H ON ON OFF ON ON OFF ON
3 H x L L H H H ON ON ON ON OFF OFF ON
4 H x L H L L H OFF OFF ON OFF OFF ON ON
5 H x L H L H H ON OFF ON ON OFF ON ON
6 H x L H H L H OFF ON ON ON ON ON ON
7 H x L H H H H ON ON ON OFF OFF OFF OFF
8 H x H L L L H ON ON ON ON ON ON ON 1
9 H x H L L H H OFF OFF ON OFF OFF ON ON
10 H x H L H L H OFF OFF OFF ON ON OFF ON
11 H x H L H H H OFF OFF ON ON OFF OFF ON
12 H x H H L L H ON OFF OFF OFF OFF ON ON
13 H x H H L H H ON OFF OFF ON OFF ON ON
14 H x H H H L H OFF OFF OFF ON ON ON ON
15 H x H H H H H OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
BI X X X X X X L OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF 2 RBI H L L L L L L OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF 3
LT L X X X X X H ON ON ON ON ON ON ON 4
H27- bảng chân trị của IC giải mã 7447
1- Ngõ vào xóa (BI) phải đợc mở hay giũa ở mức Cao khi các chức năng ngõ ra từ 0 đến 15 yêu cầu Ngõ và xoá gọn sóng RBI phải đợc mở hay ở mức Cao nếu sự xoá zero không yêu cầu.
2- Khi mức thấp đợc đặt trực tiếp vào ngõ vào xoá(BI) tất cả các ngõ ra sẽ ở mức OFF dù mức ngõ vào ở mức cao hay mức thấp.
3- Khi ngõ vào gợn sóng RBI và ngõ vào A0 , A1 A2 , A3 ở mức thấp với ngõ và kiểm tra LT ở mức cao và 1 mức thấp đợc đặt vào ngõ vào kiểm tra LT tất cả các ngõ ra mở (ON) 4- Khi ngõ ra xoá gợn sóng /ngõ vào xoá BI/RBI đợc mở và giữ ở mức cao và một mức thấp đặt vào ngõ vào kiểm tra LT tất cả ngõ ra là ON
Các ngõ ra của mạch 7447 là các ngõ ra tích cực ở mức thấp Khi ngõ vào BCD được thiết lập là 0001 (LLLH), nó tương ứng với hàng thứ hai trong bảng chân trị H27, dẫn đến việc ngõ ra b và c đều bằng 1, hiển thị số 1 Chân LT và BI được thả nổi, do đó không có tác dụng trong mạch; tuy nhiên, trong thực tế, người ta thường kết nối các ngõ vào thả nổi này với +VCC.
Mạch hiển thị
LED là điốt phát sáng, với màu sắc phụ thuộc vào chất bán dẫn cấu tạo LED có khả năng tương tự như silicon, cho phép thay thế cho ren lơ Dòng điện khoảng 20mA làm LED bão hòa, trong khi 5mA bắt đầu dẫn Do là diode, LED cũng có tính chỉnh lưu Khi xếp 7 LED lại thành một khối với 4 phía phản xạ ánh sáng, ta có thể tạo ra LED 7 thanh.
Có 2 loại led 7 thanh là loại có:
K chung (tác động ở mức cao)
A chung (tác động ở mức thấp)
Led 7 đoạn có hình dạng nh hình vẽ a
Giả sử mạch tác động ở mức logic thấp ta có bảng chứ năng sau: b c d e f g a b c d e f g
Dạng Ktốt chung Dạng Anốt chung
Tác động ở mức thấp Tác động ở mức cao a f g b e c d
-Dùng bảng Karnough để tối thiểu hàm
Boole dạng OR- AND đối với các giá trị
0của hàm đầu ra(hàm đảo) Sau đó lấy đảota đợc dạng NOR-AND đối với giá trị của hàm đầu ra nh sau: a= D B CA CA b= C BA B A c= C B A d= D C B BA C A C B A e= C A B A g= D C B C B B A f= D C B C A B A
Mạch điện có dạng nh hình vẽ:
Trong quá trình thực hiện bài tập, em đã hệ thống lại lý thuyết và kiến thức về các môn học, giúp em tự tin hơn khi bước vào cuộc sống lập nghiệp Em xin chân thành cảm ơn bộ môn và khoa Điện - Điện tử đã tạo cơ hội cho chúng em tiếp cận thực tế, cũng như thạc sỹ Phạm Xuân Bách, người đã hỗ trợ em tận tình trong suốt quá trình làm bài.
Do thời gian hạn chế và kiến thức còn thiếu sót, bài tập của em vẫn còn một số điểm cần cải thiện Em rất mong nhận được ý kiến và sự hướng dẫn từ các thầy cô trong khoa, bộ môn cũng như các bạn để hoàn thiện bài tập, giúp nó áp dụng thực tế hơn vào cuộc sống.
` Em xin chân thành cảm ơn!
