Thiết kế mạch logic số

g tích họp trên một mạch do đó tuy ra đời từ lâu song IC555 vẫn còn được sử dụng rộng rãi cho đến nay. Một trong những ứng dụng của IC555 mà chúng em trình bày trong đề tài này là ứng dụng của nó trong Mạch điện tự động bơm nước khi bể nước cạn hay là bể nguồn cạn. Mạch điện nay có thể sử dụng rộng rãi ở các khu tập thể, chung cư, hay tại nhà riêng . . . Chúng em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo . . . . . . . . . đã tạo điều kiện cho chúng em về đề tài, tài liệu tham khảo, kiến thức cơ bản. Tuy đã rất cố gắng tìm tòi các tài liệu, tạp chí . . .song đề tài của chúng em vẫn còn nhiều thiếu sót và khiếm khuyết, chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của thầy để hoàn thiện hơn đề tài này Phần lý thuyết Các đặc điểm của mạch điện gốc chuẩn thời gian 555 ( IC555). IC 555 là sự kết hợp giữa chức năng số (digital) và chức năng tương tự (analog). IC này được ứng dụng trong các thiết bị điều khiển điện tử, các máy đo, các thiết bị gia dụng . . . và nhiều ứng dụng khác. IC có thể tạo thời gian trễ và tạo dao động chính xác. Mạch điện sử dung nguồn điện đơn, phạm vi nguồn điện mạch điện tích hợp kiểu song cực 555 là 3 – 15V. Phạm vi nguồn điện tích hợp 555 kiểu CMOS là 2 – 18V. 8 IC có thể độc lập tạo thành một mạch định giờ, dòng điện ra lớn nhất của nó là 200mA. Vì thế có thể trực tiếp kích động cơ điện nhỏ, loa, rơ le , LED, tần số làm việc lớn nhất có thể đạt tới 300 kHz 1 8 2 7 3 6 4 5 5 7 1 D I P 6 2 3 5 4 Hình dạng mạch điện gốc chuẩn gốc chuẩn thời gian 555 (IC555) Chức năng của các chân dẫn và tác dụng như sau. Chân 1 là đầu nối đất. Chân 2 là đầu kích: nếu kích điện áp ở chân này cao hơn Vcc đầu ra sẽ đảm boả ở mức thấp. Nếu có một mạch xung âm đủ lớn đặt ở chân 2, ở đầu ra chân 3 sẽ lập thành mức cao, đầu kích vẫn giữ ở mức thấp, đầu ra sẽ giữ ở trạng thái mức cao. Chân 3 là đầu ra. Cách làm viêc được thể hiện trong hình vẽ. +Ucc đầu ra 8 1 thấp cao 8 Phụ tải ngắt cao Phụ tải thông I = 0 +Ucc I 3 b) đầu ra mức cao a) đầu ra mức thấp đầu ra 3 1 thấp +Ucc 8 +Ucc 8 cao cao 3 đầu ra 3 đầu ra thấp Phụ tải ngắt thấp Phụ tải thông 1 1 c) Đầu ra mức thấp d) Đầu ra mức cao Đầu ra có hai trạng thái: tháp và cao. Khi đầu ra thấp như một điện trở thấp tiếp đất (10 W ) như hình a và c trong hình trên; khi đầu ra ở mức cao, ở giữa đầu ra chân 3 va điện áp nguồn Vcc xuất hiện như một điện trở 10 W như b và d trong hình trên. Nối pụh tải tại đầu ra có hai hình thức: phụ tải nối giữa chân 3 với điện áp nguồn Vcc, giữa chân 3 với đất. ở hình a điện áp đưa ra ở mức thấp thì phụ tải dẫn thông, dòng điện phụ tải đưa vào dây dẫn ra, gọi là dòng điện hấp thụ. Dòng điện hấp thụ nhỏ hơn 10mA, đầu ra mức thấp là 5,1V, dòng điện đầu ra khi ở mức cao phụ tải ngắt như hình b. Còn hình c và d biểu thị phụ tải nối đất, khi đầu ra ở mức thấp, phụ tải bị ngắt như hình c, khi đầu ra ở mức cao đầu ra cung cấp một dòng điện gọi là dòng điện cung cấp, hoặc là có thể nói dòng điện nguồn không phụ tải nối đất như hình d. Nói chung mạch điện gốc chuẩn thòi gian 555 có dòng điện hấp thụ lớn nhât và dòng điện cung cấp là 200mA, điện áp cao ở đầu ra thấp hơn ở nguồn điện Vcc 0,5V. Chân 4 là đầu trở về 0, đặt 0 (phục vị). Nó có thể xoá tín hiệu điều khiển đầu vào, chân 4 khi không sử dụng được nối với Vcc, nếu chân 4 được nối đất hoặc làm cho điện thế của nó giảm nhỏ tới 0,7V, đầu ra chân 3 và đầu phóng điện 7 gắn với điện thế đất, cũng có nghĩa là đầu ra ở mức thấp. Nếu đầu ra ở mức cao, chân 4 đầu đặt 0, sẽ vẫn nối đất và đầu ra sẽ là điện áp thấp. Chân 5 là đầu điều khiển điện áp. thông thường giữâ nó với đất nối với một tụ lọc 0,01mF, ngăn các xung trở lại nguồn cung cấp, Đầu điều khiển cũng có thể dùng để thay đổi điện áp trị số ngưỡng và điện àp kích, để có thể điều chế được dạng sóng đầu ra. Chân 6 là đầu trị số ngưỡng, dung để đo kiểm tụ điện áp ở bên ngoài. Ví dụ khi IC 555bị kích ở mức cao, đầu trị số ngưỡng sẽ quan sát sự tăng điện áp của Vcc, khi đạt tới 2/3Vcc thì đầu ra sẽ ở mức thấp. Chân 7 là đầu phóng điện: khi đầu ra ở mức thấp, chân 7 là dùng để phóng điện cho tụ định giờ nối ngoài, khi đầu ra ở mức cao, chân 7 ngắt với mạch nối ngoài, cho phép điện áp nguồn nạp cho tụ, trị số đo được quyết định bởi tụ nối ngoài và tỷ suất với tụ điện. Chân 8là điện áp nguồn điện dương. Nó có thể là điện áp bất kỳ từ +3V tới +18V. Vì thế thường được nối với mạch điện tích hợp logic số và bộ khuyếch đại thuật toán có liên quan. Căn cứ điện áp nguồn điện sẽ quyết định dòng điện thiên trị của mạch điện bên trong, nói chung nó cần cung cấp 7mA (nếu Vcc = +15V thì cần 10mA) công suấy tiêo hao lớn nhất là 600mW. Nguyên lý làm việc của mạch điện gốc chuẩn thời gian 555. Kết cấu bên trong của con IC này bao gồm hai bộ so sánh: một bộ trigơ R-S, một chuyển mạch transistor cùng với 3 điện trở 5kW tạo thành bộ phát sinh điện áp gốc chuẩn (hình vẽ). Nguồn điện Vcc thông qua mạch điện gốc chuẩn thòi gian 555 bởi 3 điện trở phân áp bên trong mạch điện tích hợp làm cho hai bộ so sánh bên trong mạch điện tạo thành bộ kích, mức điện áp kích trên là 2/3Vcc, kích dưới là 1/3Vcc. Rõ ràng đầu điều khiển chân 5 nối với bên ngoài điện áp Vc có thể làm thay đổi mức điện áp kích trên và dưới. DIS Uo Reset +Ucc Hình vẽ. R S 4 2 5 6 5k TR Uc TH 1 7 3 Q 1 A1 + - A2 + - 5k R 2 5k GND Kết cấu bên trong Nguyên lý làm việc của mạch điện tích hợp gốc chuẩn thời gian 555. Bộ so sánh do bộ khuyếch đại thuật toán tạo thành, tương tự trong hình vẽ. Bộ so sánh có hai đầu vào Va và Vb, được phân biệt với điện áp đầu vào Vi và điện áp gốc chuẩn Vf, nó có một đầu ra Vo. Tác dụng chính là thực hiện việc so sánh giữa điện áp đầu vào và điện áp gốc chuẩn Vf, kết quả so sánh ở mức logic “1” (mức cao) hoặc “0” (mức cao) mà không hiển thị trị số điện áp cụ thể. Bộ so sánh có hai cách nối. Cách nối thứ nhất: điện áp đầu vào Vi nối giữa Va với đất, điện áp gốc chuẩn Vf nối giữa Vb với đất. Ua Hình vẽ 1.4a Uo Ub A + Ui Uo - Uf Khi Vi>Vf đầu ra ở mức cao (trị số lôgic là “1”). Khi Vi<Vf đầu ra ở mức thấp (trị số lôgic ở mức “0’). Nghĩa là đầu vào Vi ở mức cao thì đầu ra Vo cũng ở mức cao, đầu vào vi ở mức thấp thì đầu ra Vo cũng ở mức thấp, tức là đâu vào và đầu vào và đầu ra là như nhau. Cách nối thứ hai là: lấy Vi nối giữa Vb và đất, điệan áp gốc chuẩn Vf nối giữa Va và đất. Hình 1.4b - Uo Ub + Ua A Uo Uf Ui Khi Vi>Vf, đầu ra ở mức thấp (trị số lôgic là “0”) Khi Vi<Vf đầu ra ở mức cao (trị số lôgic là “1”) Cách nối này là đầu ào Vi ở mức cao, đầu ra Vo ở mức thấp tức là đầu vào và đầu ra là ngược nhau. Gọi Va là đầu đồng pha (+), Vb là đầu đảo pha (-) ở đầu vào của bộ so sánh. Bộ phân áp: do 3 điện trở 5kW nối nối tiếp với sai số cực nhỏ tạo thành, tác dụng của nó là cung cấp nguồn điện áp gốc chuẩn Vf cho hai bộ so sánh. Do đầu trên của nó nối vói nguồn Vcc, đầu dưới nối đất, cho nên điện áp gốc chuẩn của bộ so sánh trên V11 = Vcc còn điện áp gốc chuẩn của bộ so sánh dưới. V12 = Vcc Trong mạch điện gốc chuẩn thời gian 555, điện áp V11 được gọi là trị số ngưỡng, điện áp V12 là mức điện kích. Bộ trigơ R-S: nó là bộ phận chính của mạch điện gốc chuẩn thơi gian 555, do hai cổng Và Không kết hợp tạo thành, đầu vào , của nó yêu cầu dùng kích bởi mức thấp. Chức năng logic của nó là: = 0, =1 thì bất chấp trạng thái ban đầu của trigơ như thế nào đầu a Q đều bị đặt ở 0 (mức thấp) = 1, =0 thì đầu ra Q của bộ trigơ sẽ đặt ở 1 (mức cao). = 1, =1, trạng thái nguyên thuỷ của trigơ không thay đổi, tức là đâu ra Q giữ nguyên trạng thái. ở hình trên ta thấy đầu ra của bộ so sánh A1 nối đầu vào cổng Và Không 1, R, đầu ra bộ so sánh A2 nối vào đầu vào S của cổng Và Không 2. Do bộ trigơ R-S tạo thành bởi hai cổng Và Không, phải dùng tín hiệu cực tính âm để kích. Vì thế đặt tín hiệu kích vào chân 6 đầu đảo pha A1 của bộ so sánh, chỉ khi nào có điện thế cao bằng 2/3Vcc điện thế của chân 5 đầu đồng pha, bộ trigơ R-S mới lật, còm đặt vào tín hiệu kích ở chân 2 đầu đồng pha A2 của bộ so sánh, khi nào điện thế thấp hơn điện thế của 1/3Vcc ở đầu đảo pha A2, trigơ R-S mới lật. Bộ trigơ R-S gồm có đầu bằng 0, chỉ cần đầu đặt vào một mức thấp, bất kể trạng thái nguyên thuỷ của trigơ là gì, cũng không lệ thuộc vào transistor đưa tín hiệu nào vào, trigơ cũng lập tức bị đặt về không. Cho nên đầu cũng được gọi là đầu phục vị chung. Khi đang sử dụng nên nối với mức cao. Đầu ra: để IC làm việc tốt, đầu ra Vo lấy ra từ đầu của bộ trigơ R-S qua bộ đảo pha khuyếch đại, nâng cao áp cho phụ tải IC, có thể trực tiếp kích các rơle nhỏ . Chuyển mạch phóng điện: IC trong khi sử dụng, có liên quan tới việc nạp phóng điện. Ví dụ: ứng dụng IC 555 dùng làm mạch định giờ, thông thường ở đầu vào, đầu TH của bộ so sánh trên nối cới một mạch điện phóng nạp RC bên ngoài, nguồn điện làm việc thông qua điện trở R nạp điện vào tụ C, khi tụ C có điện áp nặp tăng tới trị số ngưỡng, trạng thái đầu ra bộ so sánh phát sinh sự biến đổi, làm cho đầu ra của bộ trigơ R-S từ mức cao lật thnhà mức thấp, sự biến đổi mức điện đầu rađó là tín hiệu phân biệt định giờ, thời gian định giờ được quyết định bằng hằng số thời gian của mạch RC nạp điện. Để làm cho mạch diện định giờ có thể sử dụng lập lại, sau khi ohàn thiện một lần phân biệt, cần phải đặt tụ điện C có điện tích cần phải phóng hết, để chuẩn bị cho lần phân biệt sau. Vì thé trong IC 555thiết kế một chuyển mạch bằng bóng 3 cực tinh thể, cực gốc của bóng nối với đầu của bộ trigơ R-S. Cực góp nối vào đầu phóng điện (DIS), cực phát nối đất. Khi đầu ra của IC 555 ở mức thấp (Q = 0, =1) bóng ba cực cực gốc sẽ là mức cao, bóng ba cực bão hoà dẫn thông, làm cho đầu phóng điện nối đất loại trừ sụt áp ở bóng. Khi dầu ra ở mức cao ( =0), bóng ba cực ngắt, tương đương với đầu phóng điện (DIS) hở mạch, cho nên bóng ba cực có tác dụng chuyển mạch, cung cấp cho tụ C một đường thông phóng điện xuống đát. Bộ tự động điều khiển mực nước. Ưng dụng của mạch điện. Mạch điện này dùng để điều khiển bơm nước cho các bể chứa nước tự động, khi nước đầy sẽ ngưng cấp nước. Trong trường hợp giếng hoặc nguồn nước cạn thì cũng tự động ngừng cấp nước. Nguyên lý mạch điện. Mạch điện có cấu tạo như hình vẽ. Sau khi đã nghiên cứu cấu tạo của IC555, sau đây là nguyên lý của mạch điện trong bộ tự động điều khiển mực nước. Trong đó: A, B, C là các điện cực đầu dò mực nước ở trong bể nước. D, Elà các điện cực đầu dò mực nước của giếng nước, hoặc bể chứa nước để bơm. J1 là Rơle nhỏ dùng để điều khiển (JQX-4). M là động cơ điện máy bom nước. J2 là bộ tiếp xúc máy xoay chiều. Khi mức nước ở trên tháp nước đạt tới điện cực A, giữa điện cực A, B dẫn điện, IC555 đầu chân kích 2, điện thế chân 6 dầu trị số ngưỡng tăng lên trên 8V, đầu ra chân 3 của IC555 sẽ đưa ra mức thấp, rơle J1 tiếp điểm thường đóng, J1-1 sẽ nhả, ngắt nguồn điện của bộ tiếp xúc AC, động cơ M mất điện ngưng việc bơm nước lên tháp nước. Khi mức nước của tháp nước lên điện cực A, giữa điện cực B, C sẽ dẫn thông, điện thế cực A sụt xuống 6V, vẫn duy trì trạng thái tức là ngừng cấp nước. Khi mức nước trong bể trong bể thấp hơn điện cực B, giữa điện cực B và C sẽ có một trở kháng cao, chân 2 đầu kích của IC555 có điện thế gần tới 0. Nếu lúc đó, mức nước trong bể chứa nằm ở trên điện cực D, giữa điện cực D và E sẽ dẫn điện, điện thế chân 4 phục vị của IC555 nằm ở trên 1V, thì chân 3 đầu ra của IC555sẽ ở mức cao, rơle J1 nhả. Tiếp điểm thường sẽ đươc đóng, bộ tiếp xúc AC J2sẽ phóng điện và hút thông nguồn điện 3 pha, đóng điện cho động cơ điện máy bơm nước và bắt đầu bơm nước. Nếu mức nước ở giếng nước lúc đó ở dưới điện cực D (tức là giếng nước cạn), giữa điện cực D và E không thông (hở mạch), chân 4 đầu phục vị của IC555 sẽ qua biến trở Wnối đất và nằm ở trạng thái phục vị, lúc đó đầu ra chân 3 của nó sẽ đưa ra nức thấp, rơle J1 hút, tiếp điểm thường J1-1 nhả, điểm tiếp xúc Ac J2 mất điện nhả, nguồn điện 3 pha bị ngắt, động cơ M bị ngắt điện và ngừng bơm nước. Vị trí điện cực D, E trong bể nước phải cao hơn vị trí trị số ngưỡng của mức nối thông điều khiển mức nước của giếng. ~ 300V +12V JQX-4 D 2CP J1 J1-1 J2-1 8 6 J2-2 J2-3 2 R1 100k A C B J2 IC 555 3 R2 100k M 1 5 4 E D W C 0,01mF Sơ đồ mạch điện điều chỉnh mực nước Lựa chọn linh kiện Năm điện cực A, B, C, D, E có thể dùng dây đồng, cũng có thể dùng các lá đồng hoặc lá nhôm hình chữ nhật. Rơle có thể dùng loai JQX-4, điện áp làm việc là 12V. IC555 có thể chọn loại NE555, 5GI555 đều được. Lắp ráp và điều chỉnh Khi điều chỉnh đặt các điện cực A ~ E ở đúng các vị trí trong bể nước và trong nguồn nước. Điều chỉnh biến trở W làm cho IC555 từ trạng thái phục vị vừa tới lúc có thể bước vào trạng thái giải trừ Các tham số chính của IC555 Có hai loại: kiểu Song cực và kiểu CMOS, có một số khác biệt trong lựa chọn linh kiện khi lắp mạch, Công suất tiêu hso của IC555 theo kiểu CMOS chỉ là một phần mấy chục so với kiểu song cực, dòng điện trạng thái chuẩn khoảng 200mA, là linh kiẹn có công suất tiêu hao thấp. Điện áp nguồn Vcc của IC555 theo kiểu CMOS có thể thấp tới 2 ~ 3V. Sườn tăng lên và sườn giảm xuống của mạch xung đưa ra của IC555 theo kiểu CMOS tốt hơn so với kiểu song cực, thời gian chuyển đổi ngắn. Thời gian quá độ truyền đạt ở trong IC555 theo kiểu CMOS sinh ra dòng điện sụt áp dòng điện đỉnh chỉ là 2 ~ 3 mA, còn dòng điện kiểu song cực cao tới 300 ~ 400 mA. Trở kháng đầu vào của IC555 theo kiểu CMOS cao gấp nhiều lần so với kiểu song cực (cao tới 1010 W). Năng lực kích của IC555 theo kiểu CMOS kém, dòng điện đưa ra chỉ 1 ~ 3 mA, dòng điện kích đầu ra theo kiểu song cực có thể đạt tới 200 mA. Tuy nhiên kiểu CMOS và kiểu song cực đều có điểm chung. Tên tham số Ký hiệu Kiểu song cực Kiểu CMOS Đơn vị Điện áp nguồn Vcc hoặc Vdd 4,5 ~ 16V 3 ~ 15V V Dòng điện Icc hoặc Idd 10 0,2 mA Dòng điện thiên trị Is 1mA 1pA mA, pA Dòng điện phục vị chính Imr 400mA 100pA mA, pA Dòng điện phục vị Ir 1mA 100pA mA, pA Dòng điện kích Iv 200 1 ~ 20 và Vcc lớn nhỏ có liên quan mA Dòng phóng điện 200 1 ~ 50 và Vcc lớn nhỏ có liên quan mA Độ chính xác thời gian 1 1 %/V Tần số làm việc cao nhất fmax 500 500 kHz Chức năng của chúng cơ bản là như nhau, trong đại đa số trường hợp chúng có thể trực tiếp thay thế cho nhau. Cả hai đều sử dụng nguồn điện đơn thích ứng với phạm vi điện áp lớn, có thể sử dụng chung nguồn điện vói mạch điện logic số kiểu CMOS, TTL, HTL. Mức điện áp ở của IC555 có thể nối trực tiếp với mạch điện TTL, HTL, CMOS. Anh hưởng của việc biến đổi điện áp nguồn điện đối với tần số dao động và độ chính xác với thời gian nhỏ. ảnh hưởng với độ chính xác thời gian chỉ là 0,05%V, tính ổn định đối với nhiệt tốt. Trôi nhiệt độ không cao hơn 50pp/oC Ngoài ra dòng điện trị số đỉnh xung kích trong mạch điện gốc chuẩn thời gian 555 (IC555) theo kiểu song cực lớn, trong trường hợp cụ thể của ứng dụng ta có thể thêm vào tụ điện bộ lọc nguồn có điện dung lớn. Do trở kháng đầu vào của IC555 theo kiểu song cực thấp hơn trở kháng đầu vào theo kiểu CMOS nhiều, vì thế đầu ra công suất điều khiển điện áp của kiểu song cực nên gắn thêm một tụ điện khử ghép (0,01 ~ 0,1mF) còn đối với loại CMOS thì không cần thiết. Trở khnsg đầu vao của IC555 theo kiểu CMOS cao tới 1010W, có thể trực tiếp kích các phụ tải trở kháng cao, rất thích hợp trong các mạch điện có thời gian trễ dài, hằng số thời gian khá lớn, còn theo kiểu song cực có thể trực tiếp kích phụ tải trở kháng thấp như các rơle cảm tính, các động cơ điẹn và loa. Mạch điện tích hợp gốc chuẩn thời gian 556 bên trong nó bao gồm hai module gốc chuẩn thời gian đơn tức là tương đương với hai mạch IC555, nhưng cả hai đều độc lập với nhau chỉ có nguồn điện dùng chung Vdd ( giống như Vcc), và điện thế đất Vss. Ta có hai bảng trình bày các tham số của các IC dưới đây. Các tham số của mạch điện gốc chuẩn thời gian 556 ( hai IC555) được trình bày trong bảng sau. Tên tham số Ký hiệu Điều kiện Trị số quy phạm Đơn vị Trị sô nhỏ nhất Trị số điển hình Trị số lớn nhất Điện áp nguồn Vcc hoặc Vdd -20oCÊ T Ê+70o 3 16 V Dòng điện trạng thái tĩnh Icc hoặc Idd Vcc=15V 600 1200 mA Độ chính xác ban đầu 5VÊVccÊ15V 2,0 5,0 % Trôi nhiệt độ Vcc =15V 600 Ppm oC Trôi nguồn điện Vcc =15V 1,0 3,0 %V Điện áp đầu trị số ngưỡng Vcc =15V Vcc V Điện áp đầu kích Vcc =15V Vcc V Dòng điện đầu kích Vcc =15V 50 PA Dòng điện đầu trị số ngưỡng Vcc =15V 50 PA Điện áp đầu phục vị Vcc =15V 0,4 0,7 1,0 V Dòng điện đầu phục vị Vcc =15V 100 PA Điện áp ra 0,1 0,4 V 14 14,8 V Tần số dao động lớn nhất 500 KHz Tham số tính năng của mạch điện gốc chuẩn thời gian NE555 và SE555 được trình bày trong bảng sau Tên tham số Đơn vị Điều kiện đo SE555 NE555 Trị số nhỏ nhất Trị số điển hình Trị số lớn nhất Trị số nhỏ nhất Trị số điển hình Trị số lớn nhất Điện áp nguồn điện V Vss = 0 4,5 18 4,5 16 Dòng điện nguồn điện mA Vcc=5V Ngõ thấp, không tải 3 5 3 6 Vcc=5V không tải 10 12 10 15 Sai số định giờ Độ chính xác ban đầu % 0,5 2 1 Trôi nhiệt độ 30 100 50 Trôi nguồn điện %V 0,005 0,02 0,01 Điện áp trị số ngưỡng V Vcc Điện áp kích V Vcc=15V 4,8 5 5,2 5 Vcc=5V 1,45 1,67 1,9 1,67 Dòng điện kích mA 0,5 0,5 Điện áp phục vị V 0,4 0,7 1,0 0,4 0,7 1,0 Dòng điện phục vị mA 0,1 0,1 Dòng điện trị số ngưỡng mA Vcc=15V 0,1 0,25 0,1 0,25 Điện áp điều khiển V Vcc=15V 9,6 10 10,4 9 10 11 Vcc=5V 2,9 3,33 3,6 2,6 3,33 4 Mức điện áp ra thấp V Vcc=15V 10 mA 0.1 0.15 0.1 0.25 50 mA 0.4 0.5 0.4 0.75 100 mA 20 22 20 25 Vcc=5V 8 mA 0.1 0.25 6 mA 0.25 0.25 Isink Mức điện áp ra cao V Is=200mA Vcc=15V 125 125 Is = 100 mA Vcc=15V 13,0 13,0 12,75 13,3 Vcc=5V 3,0 3,3 2,75 3,3 Đầu ra thời gian tăng lên ns 100 100 Đầu ra thời gian giảm xuống ns 100 100 Ưng dụng của IC555 được chia thành ba loại: bộ dao động đa hài, bộ kích trạng thái ổn định đơn và trigơ R-S. Nguyên lý mạch điện. Dùng IC555 có thể tạo thành bộ dao động đa hài tự kích được trình bày trong hình vẽ dưới đây. VCC 4 8 RA V0 3 7 IC555 5 6 RB UC 0,01mF 2 1 C 0,1mF Mạch điện bộ dao động Khi nối thông nguồn điện, điện áp nguồn Vcc thông qua điện trở Ra và Rb nạp cho tụ điện C, chân 7 đầu phóng điện sẽ phóng điện thông qua điện trở Rb. Khi tụ điện C bắt đầu nạp điện, đầu kích chân 2 ở mức 0 và đầu ra vẫn ở mức cao (nếu Vcc = +5V thì đầu ra là 4,5V), khi nguồn điện qua Ra, Rb nạp điện cho tụ thì điện áp Vc lớn hơn hoặc bằngVcc, đâu ra từ mức cao chuyển thành mức thấp, tụ điện C qua Rb và chân 7 phóng điện cho tới khi Vc ³ Vcc, đầu ra từ mức thấp chuyển thành mức cao, tụ điện C lại một lần nữa nạp điện. Cứ tuần hoàn như vậy, nạp và phóng điện, tạo thành một mạch dao động với các tham số. Thời gian nạp điện t1 = 0,693 (RA + RB).C Thời gian phóng điện. t2 = 0,693 (RB.C) Chu kỳ dao động chung. T = t1 + t2 = 0,693.(RA+2RB).C Tần số dao động của bộ dao động tự kích. f = Trị số chiếm trống là: D = t1/T = (RA+RB)/(RA+2RB) Khi thay đổi RA, RB có thể thay đổi trị số chiếm trống của tần số dao động, tần số dao động trong mạch điện thực tế có thể dao động trong khoảng từ 10-3 Hz ~ 500kHz, trị số chiếm trống có thể điều chỉnh trong phạm vi 0,01% ~ 99,99%. Khi RB >> RA, trị số chiếm trống D = 50% Bộ dao động sóng vuông (hình vẽ bên dưới đây) dùng một điện trở R nối tới chân 3 đầu ra, thực hiện việc nạp phóng điện. Đặc biệt thích hợp với mức điện áp ra gần với Vcc. Khi đó thời gian nạp và phóng của tụ C có các tham số là: Thời gian nạp t1 = 0,693.RC Thời gian phóng t2 = 0,693.RC Chu kỳ T = t1+ t2 VCC RL 3 8 4 V0 6 R IC555 7 2 C Bộ dao động sóng vuông Tần số f = Chọn R trên 10 kW, để tránh dòng điện nạp và phóng quá lớn, điện áp ra sụt áp quá nhiều. Tác dụng của RL là nâng mức điện áp lên, làm cho nó gần với Vcc. Khi sử dụng mạch này, đầu ra nếu kích phụ tải nặng thì trị số đỉnh điện áp ra sẽ nhỏ và không ổn định, nên tránh trường hợp này. Bộ dao động sóng vuông, dưới tác dụng của thiên trị R1 và transistor (hình vẽ dưới đây) sẽ dẫn thông đầy đủ, khi tụ C phóng điện, transistor Q ngắt, tụ C thông qua điện trở R, diode chuyển mạch D và transistor bên trong IC phóng điện. Nếu không tính đến sụt áp bên trong transistor IC thì mạch này có các tham số sau. Thời gian nạp điện. t1 = 0,693.RC Thời gian phóng điện. t2 = 0,693.RC Chu kỳ T = t1+ t2 VCC R1 8 4 Q 7 IC555 6 V0 D2CK 3 R 2 1 C Bộ dao động sóng vuông Tỷ số chiếm trống. D = 50% Tần số f = Nguyên lý làm việc của bộ Trigơ trạng thái đơn ổn (trigơ đơn ổn). Nếu IC555 nối với một số điện trở, tụ điện, linh kiện bên ngoài thì có thể hình thành 3 hình thức làm việc cơ bản: trạng thái đơn ổn, trạng thái song ổn và trạng thái không ổn định, tổ hợp chúng có thể tạo thanh các loại mạch điện thực dụng khác nhau. (hình vẽ bên dưới) Bộ kích trạng thái đơn ổn do IC555 và mạch điện phóng nạp RC nối bên ngoài tạo thành như trong hinh 1.7a. Đầu cưỡng chế phục vị chân 4 MR nối với Vcc, đầu trị số ngưỡng chân 6 và đầu phóng điện chân 7 nối song song ở trong mạch định giờ RC. Khi cung cấp nguồn điện, mạch điện cần có một qua trình ổn định, tức là điện áp đi qua điện trở R và nạp vào tụ C. Khi Vc tăng đến trị số ngưỡng Vcc, bộ trigơ phục vị, đầu ra chân 3 đưa ra mức thấp (Vo = 0), transistor dẫn điện, tụ C phóng điện, mạch điện bước vào trạng thái ổn định. VCC 2 8 4 R 7 IC555 5 6 C 3 1 V0 0,01mF VC Bộ trigơ trạng thái đơn ổn Khi ở đầu kích chân 2 đặt vào một xung âm, mạch điện bước vào trạng thái ngắt, đầu ra chân 3 sẽ đưa ra mức cao (Vo = 1). Khi tín hiệu xung ở chân 2 mất, đầu ra của trigơ vẫn không thay đổi, nếu đầu ra chân 3 của IC555 vẫn ở mức cao thì trong khoảng thời gian ngắn do transistor phóng điện gấp, điện áp nguồn điện Vcc thông qua điện trở R nạp cho tụ C, Vc có trị số tăng theo công thức. Vc (t) = Vcc (1 + e-1/ RC) Khi điện áp trên tụ C nạp tới Vcc, đầu ra chân 3 của IC555 sẽ ở mức thấp, transistor mở, điện áp trên tụ qua transistor nhanh chóng phóng điện tới mức thấp, mạch điện trở về trạng thái ban đầu Trong trạng thái ổn định ngắt, gọi td là độ rộng xung của Vo ta có. Vcc = Vcc.(1 – e-td/RC) Bộ trigơ trạng thái đơn ổn có các đặc điểm như sau: Mạch điện có một trạng thái mở (mức thấp), và một trạng thái ngắt (mức cao). Khi đặt một mạch xung kích bên ngoài đầu kích chân 2, mạch trigơ ở trạng thái đơn ổn bị kích và lật, đầu ra đưa ra từ mức thấp chuyển thanh mức cao, tức là mạch từ trạng thái ổn định chuyển sang trạng thái ngắt. Tuỳ theo sự tiến hành nạp điện, khi Vc = Vcc, mạch điện tự động phản hồi về trạng thái ổn định, đầu ra chân 3 chuyển từ mức cao về mức thấp Lựa chọn các linh kiện cho mạch làm việc ổn định Lựa chọn điện trở R định giờ. Dòng điện bắt đầu của R không lớn hơn 5mA, trị số lớn nhất của R quyết định ở dòng điện trị số ngưỡng cần thiết của bộ so sánh A1, trị số này thường là 1mA. Trong trường hợp điện áp nguồn đã định thì chỉ cần thay đổi trị số của điện trở R là ta có thể thay đổi thời gian định giờ. Lựa chọn tụ điện định giờ C. Tụ điện sử dụng nên lớn hơn tụ điện kí sinh giữa trị số ngưỡng và điện áp phóng. Để đảm bảo sự ổn định trị số định giờ, thường được chọn là 100pF hoặc lớn hơn. Điện dung lớn nhất được chọn thông thường được xác định bởi dòng điện rò, nói chung khi điện dung càng lớn thì dòng điện rò cũng tăng theo, do đó nên chọn tụ điện thích hợp. Năng lực kích Dòng điện kéo và dòng điện hoà nhập phụ tải không nên vượt quá 200mA để không làm hỏng IC. Phụ tải mang tính cảm. Khi phụ tải là động cơ điện nhỏ hoặc là các rơle, trong khoảng thơig gian ngắn kết thúc định giờ, hai đầu cuộn dây sẽ xuất hiện một điện thế tương đối lớn do đó nên nối song song ở trên cuộn dây một diode D để làm yếu điện thế ngược đó. Độ rộng xung kích. Đặt một xung vào đầu kích chân 2 nên là xung âm, chân 2 đầu kích thường được nối với một mạch vi phân. ._.