.Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Chọn hệ số khuếch đại mạch A1 = 100 A2 = Điện áp ngõ tầng thứ 1: V01 = A1 x Vin Điện tầng thứ 2: V02 =A2 x V01 Khi điện áp vào Vin = 10 mV điện áp ngõ V02 = V với biên độ tín hiệu mạch đếm hoạt động  Đối với tín hiệu có tần số thấp dung kháng XC1 lớn so với điện trở R1 hệ số khuếch đại giảm Khi tần số tín hiệu tăng dung kháng XC1 giảm làm cho hệsố khuếch đại tăng lên Giới hạn tần số thấp xác định theo công thức:     f gh = 2rR2 C1 R2 =1k  , C1 = = 0.1 F Hệ số mạch khuếch đại không đảo A = + 1+ R3 R2 R3 R1 = 100 R3 = 99 R2 R3 = 99 k  Choïn R1 = R2 để nhằm mục đích bù ảnh hưởng dòng ngõ vào, tương tự tính cho tầng khuếch sau với hệ số khuếch đại A2 = 1+ R4 =3 R5 R4 = R5 = k  Thông số kỹ thuật vi mạch 741 điện áp cung cấp 15 V Điện áp offset Dòng điện offset Dòng điện phân cực Tổng trở ngõ Common mode rejection Slew rate mV(max mV) 20 nA (max 200 nA ) 80 n ( max 500 ma ) 75  90 db ( 70 db ) 0.5 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 45 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Có mạch bổ tần số bên trong, không cần thêm RC bên Có khả bảo vệ ngắn mạch, dòng ngõ tới hạn 25 mA Điện áp sai biệt tối đa hai ngõ vào 30 V Có mạch chỉnh điện áp offset ngõ Mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào: Khi biên độ tín hiệu ngõ vào lớn 5Vp-p mạch hoạt động, mạch giới hạn biên độ tín hiệu cao cho phép 15V Tín hiệu ngõ vào vi mạch số có biên độ 5V, dòng ngõ vào 10 mA Khi tín hiệu ngõ vào laø Vi = 15 V R1= Vi  V0 15  = = 1K 10 IL Khi tín hiệu ngõ vào Vi = 10 V R2 = = 500  10 Biên độ tín hiệu ngõ vào ta không mở rộng lên giới hạn cao thí nghiệm đo lường điện thường làm việc với mức điện áp thấp từ 15 V trở xuống Ba led phát quang báo có tín hiệu ngõ vào đồng thời giới hạn mức điện áp tín hiệu ngõ vào 5V Diode zener xen thành phần nhiễu có biên độ vượt 5Vp-p Như mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào có cấp giới hạn 15V - 10V - 5V -10mV Chúng ta ước lượng biên độ tín hiệu cần đo tần số để chọn cấp giới hạn cho phù hợp Mạch chỉnh dạng xung tín hiệu ngõ vào: Mạch đếm làm việc với tín hiệu dạng xung có hai mức logic phân biệt rõ ràng nên tín hiệu cần đo tần số có dạng sin tín hiệu xung bị méo dạng cần chỉnh dạng cho thành xung vuông trước đưa vào mạch đếm Ở ta dùng cổng nảy schmitt trigger CMOS có hai mức ngưỡng giao hoán để chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào Trigger schmitt có cấu tạo phổ biến thường tỏ hiệu ứng dụng nay, trigger schmitt cấu thành từ cổng logic với hai mức ngưỡng chuyển mạch Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 46 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Biên độ cuả vượt mức tín hiệu cần sưả đổi cao độ trễ cuả tín hiệu ngõ vào, song ta ứng dụng thông tin dạng số ngõ để trigger mạch số khác mạch đếm mạch đa hài đơn ổn Đối với cổng đảo, điện vào nhỏ ứng với mức thấp ngõ điện lớn ứng với mức cao Khi điện tăng đến ngưỡng +VT (đối với CMOS khoảng 50% VDD) giao hoán bắt đầu ngõ chuyển xuống mức thấp Nếu điện ngõ vào giảm thấp đường giao hoán điện giảm trùng với đường giao hoán điện tăng Đối với cổng schmitt trigger ngưỡng giao hoán điện ngõ vào tăng +VT ngưỡng giao hoán điện ngõ vào giảm –VT không trùng khiến đường giao hoán điện vào tăng đường giao hoán điện vào giảm không trùng nhau, sai biệt hai ngưỡng +VT đến VT gọi độ trễ Kết ta có dạng xung vuông ngõ mạch nảy schmitt trigger, dạng sóng gồm dúng hai xung (xung hướng dương xung hướng âm) dạng xung cuả tín hiệungõ vào dạng sóng vào méo dạng có lẫn nhiễu Trong mạch ta chọn cổng schmitt trigger thuộc họ CMOS CD40106 có cổng schmitt trigger có đảo, dùng công nghệ CMOS cổng silicum để đạt tốc độ cao tương tự TTL-LS công suất tiêu thụ thấp Sơ đồ chân cuả IC 40106: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 47 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Một số đặc điểm cuả IC 40106: Số fan out: 10 tải TTL-LS Khoảng nhiệt độ làm việc rộng: 40 đến 85 C Thời gian trì hoãn thời gian chuyển tiếp cân xứng Thời tăng thời giảmcuả tín hiệu vào không giới hạn Điện áp nguồn cung cấp từ 3V đến 10V Độ miễn nhiễu mức thấp 37% VCC, mức cao 51% VCC, VCC = 5V V./ MẠCH ĐẾM VÀ GIẢI MÃ: 1./ Mạch đếm: Trong mạch chọn IC 4518B để kết nối mạch đếm, IC thuộc họ CMOS bao gồm hai mạch đếm thập phân đồng bên Mỗi mạch đếm có hai ngõ vào xung clock, ngõ tác động cạnh xuống, ngõ tác động cạnh lên, tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà ta chọn ngõ vào xung tác động cạnh lên hay tác động cạnh xuống Bảng trạng thái: CP0 CP1 H L X X L H X X MR L L L L L L H kiểu hoạt động Đếm lên Đếm lên Không đổi Không đổi Không đổi Không đổi RESET Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 48 Luận  - n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Chức IC 4518B: CP0a ,CP0b : ngõ vào xung clock tác động cạnh lên CP1a, CP1b : ngõ vào xung clock tác động cạnh xuống Mra ,Mrb : đặt lại (Reset) Q0a đến Q3a : ngõ BCD Q0b đến Q3b : ngõ BCD Trong mạch đo tần số dùng LED để hiển thị số lớn hiển thị 9999 HZ.Để kết ta phải sử dụng mạch đếm 10 ghép lại với IC 4518B gồm hai mạch đếm 10 nên dùng IC đáp ứng số đếm yêu cầu, sử dụng IC4581B mạch trở nên đơn giản Bộ đếm này, có công suất tiêu tán thấp, độ miễn nhiễu cao 45% Vdd: - Điện áp cung cấp đến 18VDC - Dòng điện tónh 5nA mức điện áp cung cấp 5VDC - Dạng mạch kết nối sau: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 49 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Chân 7, 15 (Reset ) IC1 IC2 nối chung với nối đến đường tín hiệu reset Khi cho tín hiệu xung clock vào chân cuả IC1, ngõ vào reset mức thấp mạch đếm bình thường ngõ Q0a (chân 6) nối đến chân 10 làm xung clock cho mạch đếm thứ hai Ngõ Q3b IC1 nối đến ngõ vào chân (2) IC2 để mạch đếm tiếp, số lớn mà mạch đếm 9999 HZ Các thông số IC 4518B: Điện cung cấp Điện ngõ vào Dòng chân Nhiệt độ làm việc Loại AL Loại CL/CP Nhiệt độ bảo quản Kí hiệu Vdd Vin I Giá trị 5- 18 0.5 - Vdd+0.5 10 Ta 55 –125 C 40 –45 C 60 – 150 C Tstg Đơn vị VDC VDC mA Mạch giải mã: Ngõ IC đếm mã số BCD để hiển thị LED đoạn cần phải mạch giải mã từ số BCD sang LED đoạn Trong mạch sử dụng IC 4511B làm mạch giải mã, IC 4511B Ic thuộc họ CMOS có ngõ vào, ba ngõ vào điều khiển vàø ngõ ratừ Oa đến Og nguyên lý hoạt động giải thích dựa bảng trạng thái Sơ đồ chân cấu trúc bên IC 4511B: cấu trúc bên IC gồm có phần LATCHES, DECODER, DRIVER DA đến DD: ngõ vào nhận tín hiệu từ IC đếm 4518B: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 50 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số EL : cho phép chốt ngõ vào, mức thấp cho phép tín hiệu giải mã LED, mức cao chốt kết vừa hiển thị BI ngõ vào xóa số tác dộng mức thấp LT :ngõ vào thử đèn Oa đến Og ngõ sang LED đoạn Decoder: giải mã Driver: mạch đệm Latches: Bộ nhớ trung gian để nhớ kết thời gian ngắn (mạch chốt) Bảng trạng thái IC 4511B: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 51 .Luận LE X X L L L L L L L L L L L L L L L L H n tốt Nghiệp Ngõ vào ( input ) BI LT D C X L X X L H X X H H L L H H L L H H L L H H L L H H L H H H L H H H L H H H L H H H H L H H H L H H H L H H H L H H H H H H H H H H H H H H H H H H X X Mô Hình Máy Đo Tần Số B X X L L H H L L H H L L H H L L H H X A X X L H L H L H L H L H L H L H L H X a H L H L H H L H L H H H L L L L L L Ngoõ ( output) b c d E g H H H H H L L L L L H H H H H H H L L L H L H H L H H L L L H H L L H L H H L H L H H H H H H L L L H H H H H H H L L H L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L Display f H L L L H H H H H L H H L L L L L L Blank Blank Blank Blank Blank Blank Blank (* ) Trong mạch hiển thị ta cần phải tắt số vô nghiã,ví dụ kết đo làø 10 phải hiển thị làø 10 0010 Như biết IC 4511B có ngõ vào BI tác động mức thấp đèn tắt, ngõ IC đếm 0000 (BCD) ngõ vào BI mức thấp, ngõ lên trạng thái [1] ngõ vào BI mức cao Dạng mạch kết nối sau: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 52 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số VI./ MẠCH HIỂN THỊ: Mạch đo tần số không thiết bị đo thực dụng mà mô hình hoạt động dùng giảng dạy môn đolường điện, dùng làm thiết bị đo phòng thí nghiệm đo lường điện Đối với mô hình dùng để dạy học nên cần phần hiển thị thật rõ để người góc quan sát được, với yêu ta chọn phần hiển thị LED đoạn loại lớn, loại đèn tiêu tốn thấp loại đèn cathod lạnh hay đèn tim, nguồn cung cấp cho đèn LED thường thấp Thông số loại LED Điện áp cung cấp : V Dòng điện tối đa : 20mA Kích cở : ( x 5) cm Kích thước đoạn : cm Loại màu trắng phát sáng cho ánh sáng màu đỏ Điện áp dòng diện ngõ IC 4511B không đủ kích cho LED sáng cần thêm mạch kéo dòng cho LED Ta dùng linh kiện rời TRANSISTOR để làm mạch thúc, ngõ IC 4511B trạng thái mức cao LED sáng, trạng thái mức thấp LED tắt nên ta sử dụng transistor loại PNP Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 53 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Điện áp cấp cho LED 6V dòng điện qua tối đa 15mA Khi chân B mức cao transistor ngưng dẫn dòng điện chạy qua RC R1 qua LED làm cho đèn phát sáng, lúc điện áp rơi LED 0.7V Điện trở RC = VCC  VC I LED 12  = 400  15mA  0.7 R1 = = 330  15mA RC = Để transistor làm việc vùng bảo hoà điện trở RB = 10 RC RB = K Khi chân B mức thấp transistor dẫn dòng điện đổ từ nguồn VCC = 12V qua mối nối CE xuống mass lúc VCE = 0.2V làm cho LED tắt VII./ MẠCH NGUỒN: Trong phần mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào phần hiển thị sử dụng nguồn cung cấp 12V, nguồn cung cấp cho loại IC đếm mạch 5V Như mạch nguồn cho cấp điện áp +12 V, -12V, + 5V Để đơn giản cho việc chọn lựa nguồn linh kiện ổn áp cho mạch ta trọng đến phần tử tiêu hao dòng đáng kể mạch Các cổng CMOS loại có dòng tiêu thụ lớn Id = 50 mA mức điện nguồn cung cấp 5V Dòng điện tổng qua CMOS :6 x 50mA = 300 mA IC đếm bao gồm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B doøng điện tiêu thụ IC 10 mA Dòng điện tổng là: (8 x 10)mA = 80mA Tổng dòng điện qua LED : (4 x x 15) mA = 420 mA Tổng dòng điện toàn mạch là: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA Toång dòng điện nguồn cung cấp + V là: (300 + 80) = 380 mA Chọn IC 7805 để tạo nguồn ổn áp + V, thông số IC 7805: Dòng điện ngõ ra: I0 = A Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 54 Luận n tốt Nghiệp Mô Hình Máy Đo Tần Số Điện áp ngõ vào: Vin =  35 V Điện áp ngõ ra: V0 = 4.8  5.2 V Chọn IC LM 317 LM 337 để tạo nguồn ổn áp + 12V , -12 V Thông số kỹ thuật IC LM317: Dòng điện định mức : I0 = 1.5A Điện áp ngõ V = Vin - 1.2 Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37V Thông số kỹ thuật IC LM 337 Dòng điện định mức : I0 = 1.5A Điện áp ngõ :V = Vin + 1.2 Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37 V Trong mạch cần nguồn đối xứng 12V nên chọn biến áp có điểm giữa, điện áp vào 220 VAC , điện áp lấy 12 VAC Tụ 10F nối từ chân ADJ xuống mass để triệt tiêu độ gợn điện áp, tụ 0.1F dùng lọc nhiễu tần số cao làm cho điện áp ngõ có dạng phẳng Điện trở R = 120 biế trở VR = k tạo thành cầu phân áp để điều chỉnh điện áp cho chân ADJ nhằm điều chỉnh điện áp ngõ  Giải thích nguyên lý hoạt động toàn mạch: Chức linh kiện mạch IC 7805 dùng ổn áp nguồn 5V cung cấp cho IC đếm IC 317 vàø IC 337 dùng ổn áp nguồn +12V, -12V cung cấp cho khuếch đại đầu vào mạch nguồn cho LED hiển thị IC 40106B chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, phần dùng lắp mạch dao động chuẩn IC 4518B (1), IC 4040B IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ xuống tần số xung chuẩn 1HZ IC 4017B (1) khống chế mạch đếm giây, giữ kết giây reset mạch đếm giây IC 4518B ( 2,3) đếm BCD đồng Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 55 ... Trong mạch đo tần số dùng LED để hiển thị số lớn hiển thị 9999 HZ.Để kết ta phải sử dụng mạch đếm 10 ghép lại với IC 4518B gồm hai mạch đếm 10 nên dùng IC đáp ứng số đếm yêu cầu, sử dụng IC4581B mạch. .. V./ MẠCH ĐẾM VÀ GIẢI MÃ: 1./ Mạch đếm: Trong mạch chọn IC 4518B để kết nối mạch đếm, IC thuộc họ CMOS bao gồm hai mạch đếm thập phân đồng bên Mỗi mạch đếm có hai ngõ vào xung clock, ngõ tác động. .. tín hiệu ngõ vào, song ta ứng dụng thông tin dạng số ngõ để trigger mạch số khác mạch đếm mạch đa hài đơn ổn Đối với cổng đảo, điện vào nhỏ ứng với mức thấp ngõ điện lớn ứng với mức cao Khi điện