MACH SO-TUONG TU21

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN

~~~~~o0o~~~~~

ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ TƯƠNG TỰ - ĐIỆN TỬ SỐ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VŨ SƠN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Ngọc Anh

Trương Tiến Dũng

Đỗ Khánh Duy

Lê Thúy Hằng

Nguyễn Bá Đại

Lớp HCKT-5A

Hà Nội, 11/2010

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI Giáo viên hướng dẫnKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN TS.Nguyễn Vũ Sơn

Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Vũ Sơn

Thành viên trong nhóm HCKT-5A

1. Nguyễn Thị Ngọc Anh(Ngày sinh 11/4/1986)

2. Trương Tiến Dũng (Ngày sinh 28/9/1987)

3. Đỗ Khánh Duy (Ngày sinh 30/09/1986)

4. Lê Thúy Hằng (Ngày sinh 10/5/1987)

5. Nguyễn Bá Đại (ngày sinh 21/10/1986)

Nhóm sinh viên lớp HCKT-5A: Nguyễn Thị Ngọc Anh - Đỗ Khánh Duy Lê Thúy Hằng - Trương Tiến Dũng - Nguyễn Bá Đại

2


MỤC LỤC

ĐỀ BÀI 11

PHẦN I: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ SỐ……………………..…..4

I. Yêu cầu của bài toán……………………………………………4

1. Tổng quan ve Flip-Flop (FF)………………………………………...4

2. Mạch đếm FFJK……………………………………………………..5

3. Các khối chức năng………………………………………………….7

II. Thiết kế mạch đếm:…………………………………………….8

1. Bảng logic trạng thái của FFJK……………………………………..8

2. Mạch đếm Mod – 6………………………………………………....10

3. IC đếm 7473………………………………………………………..12

4. Sơ đồ IC 7447……………………………………………………....13

III. Sơ đồ khối mạch bộ đếm nối tiếp Mod – 6…………………...15

PHẦN II: THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ………………….……...16

I. Giới thiệu tầng khuyếch đại công suất……………….…………...18

II. Chọn linh kiện, tính toán các phần tử trong mạch……………....24

Nhận xét

Kết luân

Tài liệu tham khảo


3


PHẦN I: THIẾT KẾ BỘ ĐẾM

Đề tài: Bộ đếm nối tiếp Mod – 6 gồm có 3 Trigơ JK, một cổng NAND 2 đầu vào.

I. YÊU CẦU BÀI TOÁN:

Thiết kế bộ đếm Mod – 6, sử dụng 3 Trigơ JK, một cổng NAND 2 đầu vào nghĩa là mạch sẽ thực hiện đếm từ 0 5. Sau đó, mạch sẽ Reset về 0.

Mạch sử dụng các Flip-Flop là loại JK.

1. Tổng quan về Flip-Flop (FF):

FF là mạch có khả năng lật lại trạng thái ngõ ra tuỳ theo sự tác động thích

hợp của ngõ vào, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu

trong mạch và xuất dữ liệu ra khi cần.Có nhiều loại flip-flop khác nhau,

chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng. Các mạch FF thường

được kí hiệu như sau:

Ký hiệu FF


4


Nếu các ngõ vào sẽ quyết định ngõ ra là cái gì thì ngõ đồng hồ ck lại

chỉ ra rằng khi nào mới có sự thay đổi đó. Chân Ck có thể tác động mức thấp

hay mức cao tuỳ vào cấu trúc bên trong của từng IC FF, do đó với một IC

FF cố định thì chỉ có một kiểu tác động và chỉ một mà thôi.

Ví dụ: Với IC 74112 chỉ có một cách tác động là xung Ck tác động

theo cạnh xuống.

2. Mạch đếm FFJK:

FF JK bổ sung thêm trạng thái cho FF RS ( tránh trạng thái cấm)

Dạng sóng minh hoạ cho FF JK

Nhận thấy đầu vào J, K điều khiển trạng thái ngõ ra theo đúng như

cách mà SR đã làm trừ 1 điểm là khi J = K = 1 thì trạng thái cấm được

chuyển thành trạng thái ngược lại ( với J = K = 0 ). Nó còn gọi là chế độ lật

của hoạt động.


5


Từ dạng sóng có thể thấy rằng ngõ ra FF không bị ảnh hưởng bởi

sườn xuống của xung ck các đầu vào JK cũng không có tác động trừ khi xảy

ra tác động lên của Ck.

Còn cấu tạo bên trong của FF JK kích bằng cạnh sườn sẽ như sau :

Cấu trúc mạch của FF JK

Mạch đếm là mạch đếm không đồng bộ. Nghĩa là, đầu ra của FF này sẽ làm

đầu vào cấp xung cho FF ở phía sau.


6


3. Các khối chức năng:

Các khối chức năng trong mạch:

Trong thực tế mạch sẽ gồm ba khối chính.

- Khối nguồn: Cấp nguồn cho hoạt động của mạch. Phải đảm bảo cấp

nguồn cho hệ thống để hoạt động luôn được duy trì ổn định.

- Khối mạch đếm: Thực hiên chức năng đếm 0 5 theo yêu cầu bài

toán đặt ra.

- Khối hiển thị: Giúp cho ta quan sát được các trạng thái đếm. Khả năng

sử dụng các Led 7 thanh để hiển thị.

Sơ đồ khối hệ thống


POWER

COUNTER DISPLAY

7


II. T HIẾT KẾ MẠCH ĐẾM:

Để thỏa mãn các yêu cầu bài toán đã cho ta phải sử dụng 3FF loại JK.

1. Bảng logic trạng thái của FFJK:

INPUT OUTPUT STATE

J K CLK Q Q 0 0 Q0 Q0 No Change 0 1 0 1 Reset 1 0 1 0 Set 1 1 Qo Qo Toggle

Với việc sử dụng 3 FF loại JK ta có thể đếm được từ đa từ 0 7. Với việc yêu cầu đếm chỉ từ 0 5, ta sẽ có:

Bảng biểu diễn

CLK Qc Qb Qa

Int (khởi tạo) 0 0 0 1 0 0 1 2 0 1 0 3 1 1 1 4 1 0 0 5 1 1 1 6 0 0 0

Sơ đồ hình chuyển trạng thái của bộ đếm 6:

　　　　S0 -> S1-> S2 -> S3-> S4 -> S5


8


Ta có bảng trạng thái kích đầu ra của bộ đếm:

QcQbQa Q’cQ’bQ’a

JcKc JbKb JaKa

000

001

010

011

100

101

001

010

011

100

101

000

0x

0x

0x

1x

x0

x1

0x

1x

x0

x1

0x

0x

1x

x1

1x

x1

1x

x1

Rút ngắn bằng bìa Karnaugh ta có phương trình ra của mạch:

Ja = Ka = 1

Jb = Kb = 1

Jc = Kc = 1

Như vậy, qua bảng trên ta có thể thấy rằng khi có xung thì C thì bộ đếm sẽ Reset về 0. Để thực hiện điều này ta lấy trạng thái mà ở đó QcQbQa = 110 (6) làm tín hiệu Reset hoạt động để Reset mạch đếm. Như vậy, mạch đếm được thiết kế như sau:


9


2. Mạch đếm Mod 6


10


Đồ thị xung hoạt động của bộ đếm


1 2 3 4 5

11

CLK

Qa

Qb

Qc


3. IC đếm 7473:

Để thực hiện mạch đếm này ta dùng IC7473Đây là IC đếm không đồng bộ.

Sơ đồ cấu tạo và chức năng từng chân của IC7473


12


Bảng trạng thái IC 7473

4. Sơ đồ IC 7447:


13


Chức năng của IC 7447 là bộ giải mã và kích thích hiển thịA,B,C,D là các đầu vào,trong đó D có trọng số lớn nhất.

*) Khối hiển thị sơ đồ đèn Led 7 thanh:

Do đầu ra của IC 7447 tích cực ở mức thấp nên ta sử dụng Led 7 thanh chung Anot-Cấu tạo của đèn led 7 thanh:Chân 3 và chân 8 thông nhau


14


III. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH BỘ ĐẾM NỐI TIẾP MOD-6

Bộ đếm nối tiếp Mod – 6 sử dụng:- 3 Trigơ JK- 1 cổng Nand 2 đầu vào


15


PHẦN2:

THIẾT KẾ MẠCH TƯƠNG TỰ

Đề tài: Mạch khuyếch đại công suất đẩy kéo, dùng biến

áp

- Công suất ra: 10W

- Méo không đường thẳng ≤ 5 %

- Méo tần số ± 2dB

- Dải tần số: 300 ± 6000Hz

- Nguồn cung cấp + 12V


16


TẦNG KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT

I. Giới thiệu về tầng khuyếch đại công suất

Nhiệm vụ của tầng khuyếch đại công suất là đưa ra tải 1 công suất đủ

lớn theo yêu cầu có thể từ vài chục mW đến hàng trăm hay hàng ngàn W.

Tầng khuyếch đại công suất là tầng khuyếch đại tín hiệu lớn, có thể mắc

theo sơ đồ đơn hay sơ đồ đây keo, có thể dùng nguồn cấp điện đơn cực hay

nguồn đối xứng có điểm giữa trung hòa. Hiệu suất của tầng công suất quyết

định hiệu suất của máy khuyếch đại, việc nâng cao hiệu suất ngoài ý nghĩa

tiết kiệm năng lượng còn làm giảm công suất tiêu tán trên vỏ tranzito dưới

dạng nhiệt. Các tầng khuyếch đại công suất được phân ra: tầng đơn, tầng đây

keo, tầng có biến áp ra.Yêu cầu bài toán đặt ra là thiết kế mạch khuyếch đại

công suất đây keo có biến áp vào ra.

Có 2 loại tầng khuyếch đại đây keo: Đây keo nối tiếp và đây keo song

song


Phần tửKĐ

Phần tửKĐ

Phần tửKĐ

Phần tửKĐ

UccRt

Rt

a) b)

17

Ucc


Phân loại các tầng khuyếch đại đây keo

a) Sơ đồ đây keo song song b) Sơ đồ đây keo nối tiếp

Trong sơ đồ đây keo song song, các phần tử tích cực được mắc trong

các nhánh bên trái của cầu. Trong các nhánh phải của cầu là điện trở tải, có

điểm giữa nối với nguồn cung cấp mắc trong nhánh cheo của cầu. Sơ đồ đây

keo nối tiếp thì ngược lại.

Mạch khuyếch đại đây keo song song thường dùng biến áp với tải tiêu thụ.

Trong đó cuộn sơ cấp biến áp có điểm giữa nối với nguồn cung cấp, còn

cuộn thứ cấp ghep với tải. Sơ đồ nối tiếp thì không cần mách ghep biến áp vì

Rt không yêu cầu có điểm giữa.

+ Một số đặc điểm cơ bản:

+ Điểm đất của các mạch song song là đầu âm của nguồn một chiều,

điểm đất của các mạch nối tiếp là điểm giữa của nguồn một chiều.

+ Các mạch đây keo dùng hai tranzitor cùng loại được kích thích bởi

các tín hiệu ngược pha, các mạch đây keo dùng hai tranzitor khác loại được

kích thích bởi các tín hiệu cùng pha. Vì vậy có thể dùng một tín hiệu để kích

thích cho cả hai tranzitor.

+ Các tầng đây keo có thể làm việc ở chế độ A, AB, hoặc B nhưng

thông thường hay dùng chế độ AB hoặc B.

Ở chế độ B, điểm làm việc được chọn sao cho dòng điện ra ở chế độ

tĩnh Iro bằng không và điện áp ra ở chế độ tĩnh Uro bằng điện áp nguồn cung

cấp. Mỗi tranzitor chỉ khuyếch đại một nửa dương hoặc nửa âm tín hiệu vào.

Hai nủa tín hiệu ra sẽ được tổng hợp lại thành tín hiệu hoàn chỉnh trên điện

trở tải. Ở chế độ B phải lưu ý đến meo tín hiệu sinh ra khi điểm làm việc


18


chuyển từ tranzitor này sang tranzitor khác. Meo này khắc phục bằng cách

tăng trị số dòng ra tại điểm tĩnh Iro và cho tầng ra làm việc ở chế độ AB.

+ Chỉ tiêu kĩ thuật Trong bộ khuếch đại công suât người ta quan tâm đến các thông số :

- Hệ số khuếch đại công suất: hệ số khuếch đại công suất Kp là tỉ số

giữa công suất ra va công suất vào

Kp =Pr / Pv

- Hiệu suất: Là tỉ số giữa công suất ra Pr và công suất một chiều Po

n=Pr / Po

Hiệu suất càng lớn thì công suất tổn hao trên colectơ của tranzistor

càng nhỏ.

- Trở kháng vào:Yêu cầu trở kháng vào lớn tương đương với dòng tín

hiệu vào nhỏ nghĩa là mạch phải có hệ số khuệch đại dòng điện lớn .


19


Tất cả các sơ đồ đây keo song song đều phải dùng biến áp ra để phối

hợp ghep giữa hai nửa điện trở tải Rt.

* Mạch nguyên lý:


0

0 Ur

Ur

Ir

Ir

20

Đặc tuyến ra của tầng khuếch đại đẩy kéo chế độ B


Để có điện áp đặt vào hai tranzitor ngược pha ta dùng biến áp BA1.

Nếu điện áp có dạng hình sin thì hai tranzitor này thay nhau khuyếch đại hai

nửa hình sin, vì thế điện áp hai đầu cuộn thứ cấp BA1 ngược pha. Các điện

trở R1, R2 được chọn sao cho dòng tĩnh qua chúng nhỏ (chế độ AB). Khi

cho R2 = 0 thì UB = 0 do đó bộ khuyếch đại làm việc ở chế độ B. Ở chế độ

AB dòng tĩnh coleto nằm trong khoảng (10 ÷ 100) µA.

Hai nửa hình sin của điện áp ra được phối hợp lại trên biến áp ra BA2.

Điện trở của mỗi tranzitor được xác định như sau:

R’t = n²Rv

Trong đó n là hệ số biến áp,


Īc1

Ī r

Nb

Nb

Na

R1

R2

˗ +

BA1

Īc2

BA2

N1

N1

Ūr

T1

T2

N2

21

Ūv Rt


n = N1 / N2

N1, N2 theo thứ tự là số vòng của một nửa cuộn sơ cấp và số vòng của cuộn

thứ cấp. Vậy ta có quan hệ : Îc = Ûce/R’t và Ûce = nUr

Dòng xoay chiều Īc thay nhau chảy qua nửa trên và nửa dưới của cuộn sơ

cấp biến áp, do đó chỉ một nửa cuộn sơ cấp tham gia vào việc hình thành

trường điện từ của biến áp.

Công suất ra tải của mạch:

* Quan hệ giữa công suất và điện áp ra

Biên độ điện áp ra cực đại giữa coleto và emito của một tranzitor:

Ûcemax = Ucc – UCER

Do đó ta nhận được công suất ra cực đại:


Û²r Û²ce

2n²Rt 2Rt

Pr = =

Ic

0 UCER Ucc UCE

UCE

ÛCE

t

22

Đường tải xoay chiều


Nếu giả thiết bộ khuyếch đại làm việc ở chế độ B, ta tính được dòng colecto

trung bình:

Do đó công suất cung cấp một chiều:

Vậy công suất cung cấp một chiều phụ thuộc vào mức điện áp ra Ûcc.

Ở chế độ B, công suất tổn hao cực đại khi


(Ucc – UCER)²

2n²RtPrrmax =

ic = 1

TÎcʃ ic(t)dt =

0

T/2

π

2

πÎc Ucc =

2

π

Ûcc Ucc

n²RtPo =

Po, Pr, Pc

Pomax

0,78 Pomax

Ûr/Ûr max0,5 0,64 1

Pcmax

Pr

23

Đặc tuyến tải


Hiệu suất cực đại của mạch:

Ta thấy hiệu suất bộ khuyếch đại đây keo lớn hơn hiệu suất của bộ khuyếch

đại đơn khá nhiều. Bộ khuyếch đại đây keo song song được dùng trong

trường hợp yêu cầu phải thực hiện một chiều đối với tải hoặc yêu cầu mạch

cho hiệu suất cao trong khi nguồn cung cấp nhỏ, vì sơ đồ đây keo song song

có một số nhược điểm rất đáng kể do biến áp gây ra như kích thước lớn, giá

thành cao, dải tần làm việc hẹp và không thể thực hiện được dưới dạng mạch

tích hợp.


4

π²PrmaxPcmax =

Prrmax

Pcrmax100% =

π

4100% = 78,5 %ηmax =

24


THIẾT KẾ MẠCH KHUYẾCH ĐẠI CÔNG SUẤT ĐẨY KÉO, DÙNG

BIẾN ÁP

II. Chọn linh kiện, tính toán các phần tử trong mạch

Nguồn cung cấp Ucc = 12V

Công suất ra 10W

Meo không đường thẳng ≤ 5 %

Meo tần số ± 2dB

Dải tần số: 300 ± 6000Hz

Giả thiết tranzitor lý tưởng, tức là UCER = 0 và IcEo = 0.

Ta có sơ đồ mạch như sau:


R2= 100Ω

˗ +

Īc2

N1

T1

T2

+ Ucc

N2

25

R1

Ūv

Rt


+ Ở chế độ B góc cắt θ = π/ 2 . Thiên áp phải đảm bảo sao cho mỗi điểm làm

việc tĩnh nằm trên ranh giới giữa dẫn và ngắt của tranzitor, nghĩa là ứng với

UBEo = 0,5 V và IBo = 0.Vì biến áp vào lý tưởng nên điện trở cuộn thứ cấp

biến áp bằng không.

Điện áp trên R2 là UR2 = UBEo = 0,5V

Do đó:

+ Cho R1 = 100Ω, hệ số biến áp m = 0,35 và N1 là số vòng của cuộn sơ cấp

biến áp. Ta có đường tải của 2 tranzitor như sau:

Ở điểm tĩnh UCEo = 12v và Ico = 0. Do đó điện trở phản ảnh về một nửa

cuộn sơ cấp của biến áp ra:


Ib

UBE(V)0

UBEo = 0,5

R2

UBEo

R1 + R2

=Ucc

→ 100

0,5=

R1 + 100

12

R1 = 2,3kΩ

26


Vì độ dốc đường tải tỷ lệ nghịch với điện trở tương đương, nên dòng cực đại

trong mỗi tranzitor:

Căn cứ vào kết quả này ta vẽ được đường tải:


R1 =

4m²

200

4(0,35)² == 400ΩR’t(1)

Ucc

= R’t (1)

12

400 == 30mAIcmax

Ic1

0UCE

UCEo

UCE0

Ic1 maxĐường tải

27

Ic2 max


- Công suất cung cấp:

Trong đó Itb là dòng điện trung bình của một tranzitor, chính là dòng một

chiều.

- Hiệu suất:

Mạch khuyếch đại chế độ B là mạch chỉ khuyếch đại một nửa chu kỳ của tín hiệu, nếu khuyếch đại bán kỳ dương ta dùng transistor NPN, nếu khuyếch đại bán kỳ âm ta dùng transistor PNP, mạch khuyếch đại ở chế độ B không có định thiên. Mạch mắc theo kiểu B chung có tín hiệu đưa vào chân E và lấy ra trên chân C , chân B được thoát mass thông qua tụ.

Mạch khuyếch đại ở chế độ B chỉ khuyếch đại một bán chu kỳ của tín hiệu ngõ vào.


= = 12Po UccItb = UcIcmax

π/2=

50.10ˉ³

π/2=

1,2

π= 382 mW

P

Po=

12π

2= 18,8η =

28


NHẬN XÉT

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………


29


KẾT LUẬN

Qua bản đồ án môn học nhóm em vừa trình bày, một lần nữa đã chúng em hiểu thêm về tầm quan trọng của việc thiết kế mạch điện tử số - điện tử tương tự trong nghành Điện tử - Viễn thông hiện nay. Giúp nhóm em có thể tiếp cận với Khoa học - Kỹ thuật tiên tiến để học hỏi và trau dồi kiến thức của mình.

Trong quá trình làm đồ án môn hoc này nhóm em đã cố gắng để đảm bảo được yêu cầu đặt ra. Đó là vận dụng những kiến thức chuyên nghành đã được học vào thực tiễn công việc. Đồng thời bổ xung nâng cao kiến thức chuyên môn còn thiếu của mình. Qua thời gian làm đồ án môn học này đã giúp cho em có cái nhìn mới mẻ và thực tế về hệ thống điện tử viễn thông.

Trong suốt thời gian làm đồ án nhóm em đã được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN VŨ SƠN. Cùng với sự hiểu biết và tìm tòi thêm của cả nhóm.Trên đây chúng em đã trình bày những tểu biết của mình về việc thiết kế mạch điện tử số - điện tử tương tự.

Một lần nữa nhóm em xin chân thành cám ơn sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn. Và các ý kiến đóng góp của các bạn trong nhóm đã hoàn thành cuốn báo cáo thực tập này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên HC5A thực hiện

Nguyễn Bá ĐạiĐỗ Khánh DuyTrương Tiến DũngNguyễn Thị Ngọc AnhLê Thúy Hằng


30


TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Kỹ thuất số thực hành – Nguyễn Đắc Thắng – NXB khoa học kỹ thuật 1995

2. Thiết kế mạch số - Nguyễn Thúy Vân – NXB Khoa học kỹ thuật 19983. Sổ tay linh kiện điện tử cho nhà thiết kế mạch điện – Đào Thanh Huệ

- NXB Thống kê 19964. Cơ sở kỹ thuật điện tử số - Đai học Thanh hoa Bắc Kinh – NXB Giáo

dục 19965. Kỹ thuật mạch điện tử - Phạm Minh Hà – NXB KHKT 20006. Bộ khuếch đại xử lý và IC tuyến tính William D.Standly – NXB giao

duc 1996


31

Documents

MACH SO-TUONG TU21