CƠ SỞ LÝ LUẬN
V. GIAO TIEÁP COÂNG SUAÁT
1./ Khả năng dòng và thế của TTL và CMOS a./ Đặc tính của TTL:
Mạch Logic TTL có nhiều loại ra: Mạch kéo lên thụ động tức có điện trở nối từ cực thu của Transistor lên VCC. Loại mạch này không được dùng không được dùng ở mạch Logic TTL. Loại mạch thứ hai là mạch cực thu để hở tức là cực thu Transistor nối trực tiếp lên nguồn VCC. Mạch thứ ba là mạch kéo lên tích cực tức có thêm Transistor giữa cực thu Transistor và nguồn VCC, loại mạch này thông dụng nhất là mạch ra cột chạm. Mạch thứ tư là mạch ra ba trạng thái, mạch này có cấu tạo gần giống mạch cột chạm. Do đó ta có thể lấy mạch kiểu cột chạm biểu thị cho TTL.
Đặc tính ngõ vào Đặc tính ngõ ra Hình V.1a
Đặc tính ngõ vào gồm có:
– Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2V.
– Dòng mức cao tối đa 40mA.
– Điện thế tối đa mức thấp 0,8V.
– Dòng điện tối đa mức thấp –1,6mA.
Đặc tính ngõ ra gồm có:
– Điện thế ở mức cao tối thiểu là 2,4V.
– Dòng mức cao -400mA.
– Điện thế tối đa mức thấp 0,2V.
– Dòng điện tối đa mức thấp 1,6mA.
b./ Đặc tính của CMOS:
Điện áp đặt vào các mối nối ngõ vào của IC phải nằm trong các miền chấp nhận được, CMOS sẽ xem các điện áp vào nỏ hơn hoặc bằng 1V như mức Logic thấp, và xem điện áp nào lớn hơn hoặc bằng 3,5V là ở mức Logic cao.
K IL O B O O K S .C O M
Hình V.1b
Cửa đảo CMOS là một mạch CMOS cơ bản gồm một Transistor MOS kênh P (gọi là PMOS) nối với một Transistor MOS kênh N (gọi là NMOS).
Cực cửa nối chung với nhau và là ngõ vào, cực thoát được nối chung với nhau và là ngõ ra. Cực ngờn của MOS kênh P nối lên điện thế Vdd dương và cực nguồn của MOS kênh N nối xuống điện thế VSS nhưng thường là Mass. Khi ngo vào ở mức cao (H). MOS kênh P ngưng dẫn, MOS kênh N phân cực thuận nhưng chỉ có dòng Idd ở trên đổ xuống nên VSS rất thấp gần như Mass.
Ngược lại khi ngõ vào ở mức thấp (0) MOS kênh P dẫn điện còn MOS kênh N ngưng và ngõ ra điệ thế gần Vdd. Vì dòng điện khi chưa có tải rất nhỏ nêm mạch tiêu thụ công suất rất thấp.
Do tổng trở vào của mạch Logic CMOS rất lớn nên số tỏ ra của mạch CMOS đối với các CMOS khác cũng rất lớn trên 50, khi giao tiếp với các tải khác loại, các mạch CMOS khác bị giới hạn về dòng điện.
c./ Đặc tính của tải:
Tải có thể là thuần trở, cảm kháng, tuyến tính hay phi tuyến. Đối với tải tuyến tính sự xác định độ lợi, công suất cần thiết khá đơn giản. Còn đối với tải phi tuyến ta phải xét các trường hợp chuyển tiếp để bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật cũa những bộ phận không bị vượt quá. Tải phi tuyến được điển hình như một bóng đèn hay động cơ điện. (Hình V.1c) biểu diễn dòng điện, điện thế và công suất tiêu tán của một bóng đèn điện được thúc bởi mạch giao tiếp có hfc.
K IL O B O O K S .C O M
Hình V.1c
không hạn chế, nghĩa là nó có thể cung cấp dòng nào mà tải cần thiết. Dòng điện sẽ là một hàm mũ khi tim đèn sáng lên. Công suất tiêu tán sẽ là tích số của điện thế và dòng điện.
Khi mạch giao tiếp có hfc hạn chế nghĩa là nó không thể cung cấp tất cả các dòng điện đỉnh đòi hỏi bởi tải thì công suất tiêu tán là lớn hơn, lúc này dòng điện đỉnh nhỏ hơn trước nhưng công suất lại lớn hơn do mạch cung cấp đủ dòng để dẫn vào vùng bão hòa, công suất này có thể vượt quá chỉ tiêu của tải. Do đó trong thực hành người ta thiết kế mạch giao tiếp có đủ khả năng khuếch đại dòng ở điểu kiện chuyển tiếp.
2./Giao tiếp giữa CMOS với phần tử công suất:
Đặc tính dòng điện ra của CMOS cho thấy khả năng dòng nguồn và dòng nhận của CMOS rất đa dạng tùy thuộc vào loại thường hay loại đặc biệt. Muốn thiết kế chíng xác phải có đầy đủ các thông số liên quan đến CMOS dự định dùng. CMOS không thể thúc trực tiếp một đèn Led ngay cả khi hoạt động ở Vdd = 15V. Hình (H.V.2a) trình bày cách thúc Led dùng Transistor giao tieáp
Hình V.2a
K IL O B O O K S .C O M
Khi muốn CMOS thúc tải có yêu cầu dòng lớn ta dùng Transistor Darlington có hfe tương đương rất lớn thường là trên 1000.
Khi tải hoạt động ở thế lớn thì phải thêm Transistor cách ly cao thế khỏi mạch CMOS sau đó ta có thể dùng Transistor Darlington công suất. Khi tải có yêu cầu dòng lớn ta có thể theo hình V.2.b.
3./ Giao tiếp giữa CMOS với Triac và Thyristor:
Khi tải hoạt động với điện xoay chiều, chủ yếu là mạng điện 50HZ với điện áp là 110V hay 220V, bộ phận thúc tải trực tiếp là Triac hay Thyristor, tất nhiên là phải có thên Transistor làm trung gian giữa mạch Logic và Triac hay Thyristor.
Có nhiều đặc tính kỹ thuật liên quan đến Triac hay Thyristor, quan trọng nhất là dòng điện tối đa, điện áp đỉnh mà không bao giờ vượt quá.
Dòng này tối thiểu phải áp dụng ở cửa thay đổi vài trăm ở Thyristor, Triac nhạy, chủ yếu là loại công suất thấp, đến vài chục mA ở công suất lớn. Ở trường hợp mạch TTL hay CMOS có thể thúc trực tiếp cửa Thyristor hay Triac, còn phải dùng Transistor làm trung gian.
K IL O B O O K S .C O M
Hình V.3a
Hình V.3a trình bày giao tiếp mạch Logic với Triac hay Thyristor để điều khiển hoạt động ở mạch điện xoay chiều.
Hình V.3b
4./ TTL tác động mức thấp với tải hoạt động ở mức cao, dòng thấp:
Tải điển hình nhất trong trường hợp này là Led có dòng tiêu biểu là 10mA và có điện thế hoạt động (1,7 – 2,1)V, khi ngõ ra Y thấp (hình V.4) Transistor T0 ngưng dẫn, T1 bão hòa và nhận dòng tối đa 16mA nên có thể tách được Led, phải thêm điện trở giới hạn dòng.
K IL O B O O K S .C O M
mA I
V V R V
Led CCsat dd
CC
10 3 , 1 _ 7 , 1 _
=5 _
= _
=>R=300
Hình V.4 5./ TTL tác động ở mức cao:
Vấn đề cơ bản nhất là khi ngõ ra ở mức cao mạch TTL chỉ có thể cung cấp dòng điện rất hạn chế 400mA, ở TTL loại thường, dòng điện không chỉ đủ sáng ngay cả đèn led. Ta có thể thêm cửa để lật trạng thái và dùng khả năng dòng lớn ở mức thấp để hoạt động tải. Ta cũng có thể dùng Transistor giao tieỏp nhử hỡnh (H.V.5)
Hình V.5
K IL O B O O K S .C O M
6./ TTL tác động ở mức thấp
Hình V.6
Khi tải tiêu thụ dòng thấp, nhưng thế cao mới hoạt động được như Rơle, đèn Neon, mạch giao tiếp còn có nhiệm vụ cách ly cao thế không tác động lên Transistor bên ngoài mạch.
Hình V.6c
K IL O B O O K S .C O M
Chửụng III