Tài liệu Tài liệu học phần kỹ thuật xung số chương 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ KỸ THUẬT XUNG SỐ TS. NGUYỄN LINH NAM PHẠM 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 Rôbốt GIỚI THIỆU VỀ HỌC PHẦN KỸ THUẬT XUNG SỐ  Mô tả về học phần  Mục tiêu học phần  Chuẩn đầu ra học phần  Tài liệu tham khảo  Nội dung, phương pháp giảng dạy và học tập  Kế hoạch đánh giá  Qui định học phần Đề cương chi tiết 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 học Lưu ý: + Thiếu 30% bài tập cá nhân, bài tập nhóm thì nhận 0 điểm bài tập + chuyên cần + Vắng mặt trong buổi báo cáo đề tài thì nhận 0 điểm giữa kỳ Chương 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT XUNG 1. Tín hiệu xung Khái niệm Tín hiệu tương tự- Analog Tín hiệu số- Digital Các thông số của tín hiệu xung 2. Khoá điện tử Khái niệm Khoá BJT Khoá Op-Amp Mạch ứng dụng 3. Mạch biến đổi xung 4. Mạch ứng dụng Mục tiêu của chương: - Trình bày được khái niệm về tín hiệu xung - Trình bày được các khái niệm về khóa điện tử BJT, OP-AMP và vận dụng để phân tích, tính toán mạch ứng dụng khóa điện tử - Vẽ được sơ đồ mạch và giải thích được nguyên lý hoạt động của các mạch RC, mạch xén, mạch ghim, mạch so sánh TÍN 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. Mạch tương tự # Mạch số Các thông số của tín hiệu xung vuông Dãy xung tx :Độ rộng xung T: Chu kì xung f=1/T: Tần số xung Q=T/tx: Độ rỗng của xung n=tx/T: Hệ số đầy của xung Xung đơn A: biên độ cực đại của xung. tr: thời gian lên (biên độ xung tăng từ 10% lên 90 tf: thời gian xuống (biên độ xung giảm từ 90% đến 10 tp: độ rộng xung, là thời gian tồn tại của xung với biên độ trên mức 10% KHOÁ ĐIỆN TỬ Khóa 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 vào Khoá 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)/IB Quan hệ vào ra: Ngõ vào là xung vuông có tần số 1KHz, biên độ 5V, nguồn Vcc = 12V Ngõ ra là xung vuông có tần xố 1KHz, biên độ 12V 15.00 V Vin 10.00 V 5.000 V 0.000 V 0.000ms 15.00 V 1.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms 2.000ms 3.000ms 4.000ms 5.000ms Vout 10.00 V 5.000 V 0.000 V 0.000ms 1.000ms Áp dụng 1:  Cho khoá BJT như hình vẽ, biết Vcc = 12V; Rc = 1.5kΩ; Q1 có β = 100; Nguồn Vb = 5V  Tìm giá trị Rb để khi S1 đóng Q1 sẽ dẫn bão hoà Ics Ibs Vbes Giải: Vcc,Vces  Ics  Ibs  Rb Vces  Áp 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 5V  Tìm giá trị Rb để khi Vin ở mức cao Q1 sẽ dẫn bão hoà Relay tác động đèn D1 sáng lên. Mạch điều khiển thiết bị điện dùng tín hiệu hồng ngoại 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)? Vcc 5V R2 R3 D1 K1 D3 D2 R1 Q1 D468 Bài tập về nhà 1: Cho sơ đồ mạch điện như trên hình, biết BJT Q1 có min= 50, VBES= 0,7(v), VCES≈ 0; Led D1, D2 có điện áp thuận VF = 2(v), Vcc = 12(v) a. Tính giá trị các điện trở R1, R2 để đảm bảo khi tín hiệu ngõ vào Vi = 5(v) thì Q1 dẫn bão hoà với dòng ICS = 20(mA)? b. LED D1, D2 có dòng điện thuận cực đại IFmax = 50(mA), điện áp VFmax = 3(v), tìm giá trị nhỏ nhất của R1 để khi Q1 dẫn bão hòa Led D1, D2 không bị đánh thủng do quá dòng? Bài tập về nhà 2: Cho sơ đồ mạch điều khiển Led như hình trên, biết BJT Q1 có = 150, VBES= 0,7(v), VCES≈ 0; các LED có điện áp thuận VF = 2(v), dòng thuận IF = 20(mA), nguồn Vcc= 9(v). a. Tính giá trị các điện trở R1, R2, R3 để đảm bảo khi công tắc SW1 đóng Q1 dẫn bão hoà thì các LED sáng an toàn(cho hệ số bão hòa K= 3). Các LED có dòng cực đại IFmax = 50(mA), VFmax = 2,5(v) điện áp tìm giá trị nhỏ nhất của các R2, R3 để LED không bị đánh thủng do quá dòng? 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+ < Vin- thì V0=-Vcc, gọi là trạng thái bão hoà âm. Điện áp Vin vào ngõ đảo, VR vào ngõ không đảo Điện áp Vin vào ngõ không đảo, VR vào ngõ đảo