Dạng sóng điện

Mạch tạo xung đa hài đơn ổn định

Mạch tạo xung đa hài đơn ổn định

Mạch tạo xung đa hài đơn ổn định là mạch tái sinh tuần tự đồng bộ hoặc không đồng bộ và được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng định thời điện tử .

Các bạn có thể xem phần trước Các dạng sóng điện tử

 

Bộ tạo đa hài tạo ra dạng sóng đầu ra tương tự như dạng sóng vuông đối xứng hoặc không đối xứng và như vậy được sử dụng phổ biến nhất trong tất cả các bộ tạo sóng vuông. 

Nói chung, Mạch tạo xung đa hài rời rạc bao gồm 2 transistor mắc chéo nhau được thiết kế để một hoặc nhiều đầu ra của nó được đưa trở lại như một đầu vào cho Transistor kia với mạng điện trở và tụ điện (  RC  ) được kết nối qua chúng để tạo ra mạch phản hồi cộng hưởng.

Xung đa hài có hai trạng thái điện khác nhau, trạng thái đầu ra “CAO” và trạng thái đầu ra “THẤP” cho chúng ở trạng thái ổn định hoặc gần như ổn định tùy thuộc vào loại đa hài. 

MOSFET đơn ổn

Mạch tạo xung đa hài chỉ có MỘT trạng thái ổn định và tạo ra một xung đầu ra duy nhất khi nó được kích hoạt từ bên ngoài. mạch tạo xung đa hài đơn ổn chỉ trở lại trạng thái ban đầu và ổn định đầu tiên của chúng sau một khoảng thời gian được xác định bởi hằng số thời gian của mạch ghép RC .

Hãy xem xét mạch MOSFET ở bên trên. Điện trở R và tụ điện C tạo thành mạch định thời RC . Chế độ tăng cường của MOSFET kênh N được chuyển sang “BẬT” do điện áp trên tụ điện và đèn LED được kết nối tại cực D cũng “BẬT”.

Khi công tắc đóng, tụ điện bị ngắn mạch và do đó phóng điện trong khi đồng thời cực G của MOSFET được nối đất. MOSFET và cả đèn LED đều được chuyển sang trạng thái “TẮT”. Trong khi đóng công tắc, mạch sẽ luôn ở trạng thái “TẮT” và ở “trạng thái không ổn định”.

Khi công tắc được mở, tụ điện bắt đầu tích điện qua điện trở, R với tốc độ được xác định bởi hằng số thời gian RC của mạng điện trở-tụ điện. Khi điện áp sạc của tụ điện đạt đến mức điện áp ngưỡng thấp hơn của cổng MOSFET, MOSFET sẽ chuyển “BẬT” và chiếu sáng đèn LED đưa mạch trở lại trạng thái ổn định.

Việc áp dụng các công tắc làm cho mạch để chuyển sang trạng thái không ổn định của nó, trong khi hằng số thời của mạch RC đưa mạch trở lại trạng thái ổn định sau một thời gian định trước từ đó tạo ra mạch tạo xung đa hài Mosfet.

Bộ tạo xung đa hài này được sử dụng để tạo ra một xung đầu ra duy nhất có độ rộng xác định, “CAO” hoặc “THẤP” khi tín hiệu kích hoạt bên ngoài phù hợp hoặc xung T được áp dụng. Tín hiệu kích hoạt này bắt đầu một chu kỳ định thời làm cho đầu ra ổn định thay đổi trạng thái của nó khi bắt đầu chu kỳ định thời và sẽ vẫn ở trạng thái này lần thứ hai.

Chu kỳ định thời của trạng thái ổn định được xác định bởi hằng số thời gian của tụ điện định thời, CT và điện trở, RT cho đến khi nó đặt lại hoặc tự trở lại trạng thái ban đầu (ổn định). Sau đó, bộ tạo xung đa hài đơn ổn sẽ vẫn ở trạng thái ổn định ban đầu này vô thời hạn cho đến khi nhận được xung đầu vào hoặc tín hiệu kích hoạt khác. Nên nó có MỘT trạng thái ổn định và trải qua một chu kỳ đầy đủ để đáp ứng với một xung đầu vào kích hoạt duy nhất.

Mạch tạo xung đa hài đơn ổn dùng transistor

 Để hiểu hơn mạch này trước tiên chúng ta hãy học lại kiến thức của transistor một chút:

Tại thời điểm Vbb=0 trans sẽ ở trạng thái cắt. và Vce =Vcc

Tại thời điểm Vbb là một giá trị xác định thì trans ở trạng thái bão hòa nên Vce = 0v

Rôi nhìn vào Mạch đa hài ở trên ta thấu này kết hợp với transistor và các dạng sóng liên quan của nó được trình bày. Khi nguồn điện được cấp lần đầu tiên, chân B của Transistor TR2 được kết nối với Vcc thông qua điện trở phân cực RT do đó biến Transistor “BẬT hoàn toàn” ở trạng thái bão hòa do đó điện áp Vce của TR2 là 0V nên Vbb của TR1=0V nó sẽ chuyển TR1 “TẮT” trong quá trình này. Điều này làm cho mạch ở “Trạng thái ổn định” với đầu ra bằng không. Dòng điện chảy vào cực B bão hòa của TR2 do đó sẽ bằng Ib = (VCC – 0.7) / RT . Nó sẽ có dạng như này :

Nếu một xung kích hoạt âm bây giờ được áp dụng ở đầu vào C1 đến chân B của Transistor TR1 thông qua diode làm nó “BẬT”. và nó có thể được minh họa như hình bên dưới, Tụ điện CT lúc này có cực dương nối đất mà nó có điện áp VCC-VBE . Việc này dẫn đến Transistor TR2 bây giờ có điện cực B âm -(VCC-VBE) tại điểm X giữ Transistor hoàn toàn “TẮT”. Mạch sẽ ở “Trạng thái không ổn định” với điện áp đầu ra bằng Vcc.

Tiếp theo điện áp tại cực C của TR2 lúc này cao và điện áp này sẽ kết nối đến cực B của TR1 là nó ở trạng thái bão hòa. Khi nó ở trạng thái tụ điện CT bắt đầu sạc điện từ VCC như hình dưới.

Khi điện áp sạc trên tụ điện đạt ngưỡng 0.7V hay nó cách khác VBE=0.7V và nó làm cho TR2 bão hòa như hình dưới :

Điều này làm cho điện áp cực C của TR2 thấp đi và dẫn đến Q1 tắt :

Trạng thái ổn định của mạch phụ thuộc vào RC và RT

Đa bộ điều khiển đơn nhất có thể tạo ra một xung rất ngắn hoặc một dạng sóng hình chữ nhật dài hơn nhiều mà cạnh trước của nó tăng lên trong thời gian với xung kích hoạt được áp dụng bên ngoài và cạnh sau của nó phụ thuộc vào hằng số thời gian RC của các thành phần phản hồi được sử dụng. Hằng số thời gian RC này có thể thay đổi theo thời gian để tạo ra một chuỗi các xung có độ trễ thời gian cố định được kiểm soát liên quan đến xung kích hoạt ban đầu như hình dưới đây.

Dạng sóng của mạch

Hằng số thời gian của mạch có thể được thay đổi bằng cách thay đổi các giá trị của tụ điện, điện trở CT , RT hoặc cả hai.Mạch thường được sử dụng để tăng độ rộng của xung hoặc để tạo ra độ trễ thời gian trong mạch vì tần số của tín hiệu đầu ra luôn giống với tần số của đầu vào xung kích hoạt, sự khác biệt duy nhất là độ rộng xung.

TTL / CMOS tạo xung đa hài đơn ổn

Ngoài việc xây dựng bộ tạo xung đa hài bằng Transistor, chúng ta cũng có thể xây dựng các mạch này bằng cách sử dụng các mạch tích hợp thông dụn chỉ bằng hai Cổng Logic “NOR” với 2 đầu vào.

Cổng NOR đơn ổn

Giả sử ban đầu rằng các đầu vào kích hoạt là thấp ở mức logic “0” để đầu ra từ đầu tiên NOR của U1 là CAO ở mức logic “1”. Điện trở R T được kết nối với điện áp cung cấp cũng bằng mức logic “1”, có nghĩa là tụ điện CT có cùng điện tích trên cả hai bản tụ. V1 bằng với điện áp này để đầu ra từ thứ hai NOR U2 sẽ LOW ở mức logic “0”. Mạch ở “Trạng thái ổn định” với đầu ra bằng không.

Khi một xung kích hoạt dương được áp dụng cho đầu vào tại t0 , đầu ra U1 đi LOW nên tụ điện CT xả . Vì cả hai bản của tụ điện hiện ở mức logic “0”, đầu vào U2 cũng thế dẫn đến đầu ra bằng mức logic “1”. Mạch ở Trạng thái không ổn định với điện áp đầu ra bằng + Vcc.

U2 sẽ duy trì trạng thái không ổn định này cho đến khi tụ điện định thời sạc lên qua điện trở RT đạt đến điện áp ngưỡng đầu vào tối thiểu là U2 (khoảng 2,0V) khiến nó thay đổi trạng thái như mức logic “1” tại đầu vào. Điều này làm cho đầu ra được đặt lại về mức logic “0” và lần lượt được đưa trở lại (vòng phản hồi) tới một đầu vào của U2 . Điều này sẽ tự động đưa monostable trở lại trạng thái ổn định ban đầu và chờ xung kích hoạt thứ hai để khởi động lại quá trình định thời một lần nữa.

Dạng sóng của cổng NOR

Điều này cho chúng ta một phương trình cho khoảng thời gian của mạch là:

Trong đó, R tính bằng Ω và C tính bằng Farads.

Chúng ta cũng có thể tạo ra các bộ tạo xung đa hài đơn ổn bằng cách sử dụng vi mạch đặc biệt và đã có các mạch tích hợp dành riêng cho việc này như 74LS121 hoặc 74LS123 có thể kích hoạt lại hoặc 4538B có thể tạo ra độ rộng xung đầu ra từ mức thấp tới 40 nano giây lên đến 28 giây bằng cách chỉ sử dụng hai thành phần định thời RC bên ngoài với độ rộng xung được cho là: T = 0,69RC tính bằng giây.

Đơn ổn dùng 74LS121

IC tạo xung đơn ổn này có thể được cấu hình để tạo ra xung đầu ra trên xung kích hoạt cạnh lên hoặc xung kích hoạt cạnh xuống. 74LS121 có thể tạo ra độ rộng xung từ khoảng 10ns đến độ rộng khoảng 10ms với điện trở định thời tối đa là 40kΩ và tụ định thời tối đa là 1000uF.

Tóm tắt mạch đa hài đơn ổn

Tóm lại, mạch đa hài đơn ổn chỉ có MỘT trạng thái ổn định khiến nó trở thành bộ tạo xung “một lần”. Khi được kích hoạt bởi một xung kích hoạt ngắn bên ngoài, dương hoặc âm.

Sau khi được kích hoạt, trạng thái thay đổi và duy trì ở trạng thái ổn định này trong một khoảng thời gian được xác định bởi khoảng thời gian đặt trước của các thành phần thời gian phản hồi RC được sử dụng. Một khoảng thời gian này đã trôi qua, mạch tự động trở lại trạng thái thấp ban đầu khi chờ xung kích hoạt thứ hai.

Do đó, mạch tạo xung đa hài đơn ổn có thể được coi là bộ tạo xung được kích hoạt và thường được sử dụng để tạo ra độ trễ thời gian trong mạch vì tần số của tín hiệu đầu ra giống với tần số của đầu vào xung kích hoạt, sự khác biệt duy nhất là độ rộng xung.

Một nhược điểm chính là thời gian giữa việc áp dụng xung kích hoạt tiếp theo phải lớn hơn hằng số thời gian RC đặt trước của mạch để cho phép tụ điện có thời gian sạc và xả.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button