BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi I/ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VÀ SƠ ĐỒ KHỐI: Chỉ tiêu kỹ thuật: • Biên độ quét đường thẳng : 8 V • Mức dưới : 3 V • Thời gian quét thuận : 320 ms Sơ đồ khối: Giản đồ thời gian và dạng điện áp của mạch tạo quét đường thẳng: - 1 - M¹ch t¹o xung kÝch M¹ch vi ph©n 1 phÝa M¹ch t¹o xung vu«ng M¹ch t¹o quÐt M¹ch h¹n chÕ vµ t¹o ®iÓm lµm viÖc cho xung vu«ng M¹ch khuÕch ®¹i ®¶o pha U quÐt U 1 U 2 U 3 U 4 U 5 U 1 U 2 tæng U 3 U 4 U 5 U 2 U h¹n chÕ = 3V BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi II/ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CHỨC NĂNG LINH KIỆN CỦA TỪNG KHỐI: 1. Khối tạo xung kích : Để tạo xung kích ta sử dụng mạch tạo xung TRIGGER R-S dùng 2 phần tử NAND. • Sơ đồ mạch: • Bảng hoạt động: 2. Khối mạch vi phân: • Sơ đồ mạch: • Hoạt động của mạch: Khi có xung dương kích thì điện áp dương ra làm D 1 tắt, khi đó điện áp ra chính là điện áp trên R 3 . Khi có xung âm kích vào thì đáp ứng của mạch cũng tạo ra điện áp âm và khi đó D 1 bị thông hoàn toàn, điện áp ra khỏi khối mạch bằng 0. Mạch vi phân một phía cắt chu kỳ âm của xung kích. S 1 Q 2 → 1 0 → 1 1 → 2 1 → 0 - 2 - R3 C1 D1 Tõ m¹ch t¹o ®iÓm lµm viÖc U Bo cña khèi 6 BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi 3. Mạch tạo xung vuông: • Sơ đồ mạch: • Nguyên lý hoạt động của mạch: Sử dụng mạch TRIGGER SMITH đầu vào 2 cực tính. Mạch hoạt động theo 2 chế độ: - Chế độ 1 (khi chưa có xung kích): Khi đó : T 1 tắt do không được phân áp suy ra đầu ra U ra T1 ở mức cao , T 2 thì thông bão hoà do được phân áp qua (R 4 nt R 5 )//R 7 . Vì vậy : U ra = U ra T2 = U ra min . D 2 phân cực thuận → D 2 thông. - Chế độ 2 (khi có xung kích dương): Khi đó T 1 thông dẫn đến đầu ra U ra T1 ở mức thấp làm cho T 2 tắt do không có phân áp. T 2 tắt dẫn đến đầu ra U ra T2 ở mức cao. D 2 bị phân cực ngược → D 2 tắt. - 3 - + E C T1 T2 R 7 R 4 R 8 D 2 R 5 VR 1 C 2 R 6 U Bo Tõ m¹ch t¹o ®iÓm lµm viÖc khèi 6 BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi Dạng điện áp U ra phụ thuộc vào điện áp U vào : Trong đó U Bo là giá trị điện áp cần được tạo ra từ khối hạn chế và tạo điểm làm việc để TRIGGER hoạt động. Giá trị của U Bo được xác định bằng: 2 UU U max vµo min vµo Bo + = 4. Mạch tạo điện áp quét < mạch Bostrap>: • Sơ đồ mạch : - 4 - +E C D2 T4 T3 D3 R9 R10 + C 0 C3 VR2 U quÐt Xuèng khèi khuÕch ®¹i ®¶o pha Khèi t¹o xung vu«ng U ra max U ra min U vµo max U vµo min U B U ra U Bo BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi • Chức năng của các linh kiện: - D 3 : chỉ cho C 3 nạp, không phóng ngược lại. - C 0 : lớn hơn C 3 rất nhiều để U Co = hằng số khi C 0 nạp cho C 3 , là tụ phản hồi từ đầu ra về đầu vào. - R 9 , VR 2 và C 3 tạo điện áp quét. - R 10 : tải Emitor. - T 3 , T 4 là tầng ghép Darlington có trở kháng đầu vào rất lớn. • Nguyên lý hoạt động của mạch: Thời điểm ban đầu khi chưa có xung kích ta thấy ở tầng tạo xung vuông T 1 đóng, T 2 thông bão hoà làm cho U raT2 thấp → D 2 thông. Lúc này T 3 ,T 4 tắt. Tụ C 0 được nạp đầy từ +E C → D 3 → C 0 → R 10 . - Xét quá trình nạp của tụ C 3 : Khi có xung dương kích vào thì D 2 phân cực ngược dẫn đến T 3 ,T 4 thông bão hoà. Lúc này tụ C 3 bắt đầu nạp. Ta thấy rằng do T 3 ,T 4 mắc Darlington cho nên trở kháng đầu vào vô cùng lớn dẫn đến dòng I B qua T 3 ,T 4 rất nhỏ, chính vì vậy dòng nạp I nạp cho tô C 3 chính bằng dòng qua R 9 và VR 2 . Điều đó làm U quét ra tăng từ từ theo đường thẳng. Thời gian này rất nhỏ nên ta chỉ quan tâm đến giai đoạn sau. Khi xung kích tắt, D 2 thông cũng là lúc D 3 tắt, lúc này C 0 đóng vai trò nh nguồn một chiều nạp điện cho tô C 3 . Do tô C 0 có giá trị lớn hơn C 3 rất nhiều nên quá trình nạp của tụ C 3 < quá trình phóng của C 0 . Ta có thể coi nh là U Co không đổi trong suốt quá trình này → dòng I nạp cũng không đổi. - Xét quá trình phóng của C 3 : Trong khi xung tắt thì D 2 thông cũng là thời điểm tụ C 3 phóng điện qua D 2 → T 2 thông → R 6 → GND. Ta có τ phóng = C 3 × R i thông rất nhá. Do đó, thời gian phóng cũng chính là thời gian hồi phục của mạch. 5. Mạch khuyếch đại đảo pha: - 5 - BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi • Sơ đồ mạch: • Chức năng của các linh kiện: - R 11 , R 12 là các điện trở phân áp đầu vào của khối. - T 5 là Transistor làm việc ở chế độ khuyếch đại EC thực hiện đảo pha điện áp. - VR 3 kết hợp với R 13 thay đổi giá trị tải ở cực E của T 5 để biến đổi dòng I ET5 , I CT5 . • Nguyên lý hoạt động của mạch: Đây là mạch mắc EC làm việc ở chế độ khuếch đại, điện áp U quét qua mạch phân áp R 11 , R 12 vào cực B T5 sẽ bị đảo cực tính. Tại đầu ra U CT5 được ghép qua D 4 đưa vào khối hạn chế và tạo điểm làm việc. - Khi U quét chưa đạt giá trị U quét max thì D 4 tắt → Khối hạn chế và tạo điểm làm việc sẽ định điểm làm việc cho khối tạo xung vuông tại U BT1 = U Bo . - Khi U quét đạt giá trị U quét max thì D 4 thông → Khối hạn chế và tạo điểm làm việc sẽ tạo một điện áp thích hợp đưa về đầu vào của khối tạo xung vuông và kích cho mạch tạo xung vuông lật trạng thái. 6. Mạch hạn chế và tạo điểm làm việc: • Sơ đồ mạch: - 6 - Tíi m¹ch h¹n chÕ vµ t¹o ®iÓm lµm viÖc +E C R14 R13 R11 T5 V R3 R1 2 D4 U quÐt BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi • Chức năng linh kiện: - R 15 , R 16 và VR 4 là mạch phân áp tạo U 0 từ khối khuếch đại đảo pha. Để đơn giản trong tính toán U 0 thì giá trị của R 17 cần chọn rất lớn so với các điện trở của nhánh phân áp. - D 4 , R 17 cùng khối phân áp tạo U 0 tạo thành mạch hạn chế trên. • Nguyên lý hoạt động của mạch: Hoạt động của mạch phụ thuộc vào sự hoạt động của mạch hạn chế trên D 4 , R 17 cùng khối phân áp tạo U 0 : - Khi điện áp đầu vào được lấy từ đầu ra của khối đảo pha là U CT5 tương ứng với giá trị điện áp U quét tăng chưa đạt U quét max thì khối hạn chế trên có D 4 tắt, ngăn điện áp U quét không cho hồi tiếp về đầu vào của khối tạo xung vuông. Lúc này việc ổn định chế độ và tạo làm việc của mạch tạo xung vuông hoàn toàn do mạch phân áp U 0 quyết định. - Khi điện áp đầu vào được lấy từ đầu ra của khối đảo pha là U CT5 tương ứng với giá trị điện áp U quét đạt tới U quét max thì khối hạn chế trên có D 4 thông. Điện áp này thông qua T 6 và D 1 đưa về đầu vào của khối tạo xung vuông kích cho mạch TRIGGER lật trạng thái. - 7 - BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi Mạch tương đương: Nhìn vào mạch trên, ta thấy: - Khi U vào > U 0 (tức là điện áp U quét tăng chưa đạt U quét max ) thì D 4 tắt, U ra = U 0 qua T 6 và D 1 đưa về đầu vào của khối tạo xung vuông định điểm làm việc U BT1 = U Bo . - Khi U vào < U 0 (khi đó U quét = U quét max ) thì D 4 thông, U ra = U vào thông qua T 6 và D 1 đưa về đầu vào của khối tạo xung vuông kích cho mạch TRIGGER lật trạng thái. - 8 - U 0 U quÐt = U C(T5) U B(T6) BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi III/ TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ CHO TỪNG PHẦN TỬ TRONG MẠCH: Từ chỉ tiêu kỹ thuật: - Biên độ quét: 8V - Mức dưới : 3V (= U quét min ) ⇒ Điện áp nguồn phải chọn lớn hơn tổng của biên độ quét và mức dưới: E C > U quét max = (8 + 3)V = 11V ⇒ Lấy E C = 15V. 1. Khối tạo xung kích: Dùng IC MOS 4011 cho hai phần tử NAND. R 1 , R 2 khoảng vài trăm KΩ. Với mạch này, ta chọn R 1 = R 2 = 100KΩ. 2. Khối mạch vi phân: Điều kiện của mạch vi phân RC là: 0,05 2π ms 320 2π T RC ==<< với T = T quét thuận + T hồi phục ≅ T quét thuận (do thời gian hồi phục rất nhỏ so với thời gian quét thuận). ⇒ Chọn C 1 = 100 pF ; R 3 = 10KΩ (R 3 × C 1 = 10 -6 << 0,05). 3. Mạch tạo xung vuông: C 2 là tụ tăng tốc nên có giá trị nhỏ (cỡ pF) ⇒ Chọn C 2 = 100 pF. Hai transistor T 1 , T 2 chọn loại C828 có β = 50. U ngưỡng max = U quét min + U BE(T4) + U BE(T3) – U D2 = 3 + 0,65 + 0,65 – 0,65 = 3,65 V Chọn U ngưỡng min < U ngưỡng max cỡ hơn 1V để mạch TRIGGER không bị lật trạng thái khi U quét chưa đạt mức U quét max ⇒ Lấy U ngưỡng min = 2V. ⇒ V 2,8 2 2 3,65 ≈ + = + = 2 UU U max vµo min vµo Bo mà 6E(T1)4C(T1) 7 5 7 E(T1) C(T1) C minng*ìng RR ;RRvµ RR R ε víi ε 1 R R E U == + = + = Chọn R 5 = 10 KΩ ; R 7 = 22 KΩ ⇒ ε =0,69. ⇒ 6 V2 V151 U E R R minng*ìng C 6 4 0,69 1 ε ≈−=−= ⇒ Chọn R 6 = 1 KΩ ; R 4 = 5,6 KΩ. - 9 - BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi U R6 max = U ngưỡng max – U BE(T1) = 3,65 – 0,65 = 3 V U R6 min = U Bo – U BE(T1) =2,8 – 0,65 = 2,15 V ⇒ mA32,15 R U II 6 R6 (T2)ER6 ÷=== U C(T2) = U quét + U BE(T4) + U BE(T3) – U D2 = 3÷11V + 0,65V = 3,65 ÷ 11,65 V Ω 51,1 1 K,3 mA 32,15 V ,65)13,65(15 I UE VRRR E(T2) C(T2)C 18C(T2) ÷= ÷ ÷− = − =+= ⇒ Chọn R 8 = 4,7 KΩ ; VR 1 = 1KΩ. 4. Mạch tạo điện áp quét: Chọn T 3 , T 4 loại C828 có β = 50. ⇒ Chọn dòng I nạp = 0,1 mA (=dòng qua R 9 và VR 2 ). F 4, 6, 1 20 µ 72 0,65V 0,65VV13 ms30,1mA UUU TI U TI C C TI dtI C 1 U (T3)BE(T4)BEquÐt n¹p C3 n¹p 3 3 n¹p T n¹p 3 C3 ÷= ++÷ × = ++ ==⇒ == ∫ ⇒ Chọn C 3 = 10 µF. C 0 >> C 3 để dòng nạp cho tô C 3 là hằng số trong quá trình nạp. ⇒ Chọn C 0 = 2200 µF. U B(T3) = U quét + U BE(T4) + U BE(T3) = 3÷11V + 0,65V + 0,65V = 4,3÷12,3 V. Ω÷≈ ÷+− = +− =+= 5,001 K 20,5 mA0,1 12,3)V 4,3 (0,6515V I )U(UE VRRR n¹p (T3)BD2C 29B(T3) ⇒ Chọn R 9 = 47 KΩ ; VR 2 = 10 KΩ. I nạp là dòng phân áp của T 3 và cũng là dòng nạp cho tô C 3 cho nên I nạp >> I B(T3) để I nạp ≈ const trong quá trình nạp ⇒ Lấy I nạp = (50 ÷ 100) I B(T3) . ⇒ mA 0,002 0,001 I 50 1 100 1 I n¹pB(T3) ÷=       ÷= ⇒ I E(T4) = β 2 I B(T3) = 50 2 × 0,001 ÷ 0,002 mA = 2,5 ÷ 5 mA. - 10 - [...]... 1KΩ 6 Mạch hạn chế và tạo điểm làm việc: Chọn T6 loại C828 có β = 50 R18 phải lớn để chỉ có một phần nhỏ dòng theo R 18 xuống đất còn hầu hết dòng quay về mạch tạo xung vuông ⇒ Chọn R1811 - KΩ - = 6,8 BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi UB(T6) = UB(T1) + UD1 + UBE(T6) (với UB(T1) = Ungưỡng min ÷ Ungưỡng max) = 2÷3,65V + 0,65V + 0,65V = 3,3÷4,95 V R15, R16, VR4 là mạch. ..BÁO CÁO THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi mà R 10 = R E(T4) = U quÐt I E(T4) = 3 ÷ 11V = 1,2 ÷ 2,2 K Ω ⇒ Chọn R10 = 1KΩ 2,5 ÷ 5V 5 Mạch khuếch đại đảo pha: Chọn T5 loại C828 có β = 50 UC(T5) = UB(T1) + UD1 + UBE(T6) – UD4 (với UB(T1) = Ungưỡng min ÷ Ungưỡng max)... R15, R16, VR4 là mạch phân áp tạo U0 ⇒ R 15 E 15V = C = = 3 ÷ 4,5 R 16 + VR 4 U B(T6) 3,3 ÷ 4,95V ⇒ Chọn R15 = 10 KΩ ; R16 = 5,6 KΩ ; VR4 = 1KΩ Để đơn giản cho việc tính toán U0 thì R17 > R16 + VR4 ⇒ Chọn R17 = 10 KΩ III/ MẠCH IN: Chọn chỉ tiêu kỹ thuật để làm mạch in: - Biên độ quét : 8V - Mức dưới: 3V - Thời gian quét thuận: 320ms Giá trị thực tế của các phần tử trên mạch in: R1 = 100K R17 = 10K R2... 1 I n¹p = 0,0125 mA 8 IC(T5) = IE(T5) = β IB(T5) = 50 × 0,0125 mA = 0,625 mA ⇒ R C(T5) = R 14 = E C − U C(T5) I C(T5) = 15V − 2,65 ÷ 4,3V ≈ 17 ÷ 19 K Ω ⇒ Chọn R14 = 15 KΩ 0,625 mA Điều kiện để T5 hoạt động bình thường là UE(T5) max < UC(T5) min mà U E (T5) = U B (T5) − U BE (T5) = U quÐt R 12 − 0,65V R 11 + R 12 ⇒ Chọn R11, R12 theo công thức trên thoả mãn điều kiện U E(T5) max < UC(T5) Thử min lấy . KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi 3. Mạch tạo xung vuông: • Sơ đồ mạch: • Nguyên lý hoạt động của mạch: Sử dụng mạch TRIGGER SMITH đầu vào 2 cực tính. Mạch hoạt động. THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi I/ CÁC CHỈ TIÊU KỸ THUẬT VÀ SƠ ĐỒ KHỐI: Chỉ tiêu kỹ thuật: • Biên độ quét đường thẳng : 8 V • Mức dưới : 3 V • Thời gian quét thuận. THIẾT KẾ MẠCH ANALOG Mạch tạo quét đường thẳng ở chế độ đợi III/ TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ CHO TỪNG PHẦN TỬ TRONG MẠCH: Từ chỉ tiêu kỹ thuật: - Biên độ quét: 8V - Mức dưới : 3V (= U quét min ) ⇒ Điện áp