Bài giảng môn Mô phỏng mạch điện

Nội dung text: Bài giảng môn Mô phỏng mạch điện

1. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung giới thiệu môn học 1. Mô phỏng là gì? mô phỏng mạch điện tử 2. Giới thiệu PM Electronics Workbench (EWB) 3. Sử dụng đồng hồ đo 4. Mục đích môn học 5. Thực hành 1 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Mô phỏng là gì? 1. Mô phỏng là gì? - Mô phỏng đ•ợc coi là một Lý thuyết -Ví dụ: Mô phỏng điện cho ở hình bên ph•ơng pháp n/c thực 1. PP lý thuyết: nghiệm trên máy tính. Mối Theo định luật Ôm: - Số chỉ của Ampe kế là 1A quan hệ giữa 3 pp nghiên Mô phỏng Thực nghiệm - Số chỉ của Vôn kế là 6V cứu đ•ợc chỉ ra ở hình bên. Quan hệ giữa 3 pp nghiên cứu 2. PP thực nghiệm: Ta thực hiện theo các b•ớc sau: b1) Mua các linh kiện, đồng hồ, - Mô phỏng có vị trí trung gian giữa 2 pp (Lý thuyết & nguồn, dây nối, v.v.; b2) Lắp mạch theo sơ đồ; b3) Đọc số chỉ Thực nghiệm), có vai trò gắn kết các pp lại vói nhau trên các đồng hồ; tạo thành bộ 3 ph•ơng pháp nghiên cứu có hiệu quả 3. PP mô phỏng nhiều bài toán phức tạp Ta thực hiện theo các b•ớc sau: b1) Chạy phần mềm EWB trên máy tính; b2) Lấy các linh kiện, đồng hồ, nguồn v.v. từ th• viện 2 ra cửa sổ thiết kế mạch; b3) Lắp mạch theo sơ đồ; b4) Chạy 3 ch•ơng trình mô phỏng, đọc số chỉ trên các đồng hồ; L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Giới thiệu PM Electronics Workbench 2. Giới thiệu PM Electronics Workbench Các thao tác đặc tr•ng th•ờng làm với EWB cần chú ý: 1. Lấy linh kiện (LK), thiết bị (TB) từ th• viện ra cửa sổ thiết kế (TK) Rê chuột trỏ vào LK cần lấy ra, ấn chuột trái + dữ + rê LK ra cửa sổ TK đến vị trí thích hợp, thả chuột trái. 2. Nối các LK lại với nhau (Nối điểm A với điểm B) Đ•a chuột đến điểm A(chấm đen xuất hiện), ấn chuột trái + dữ + rê đến điểm B(chấm đen xuất hiện), thả chuột trái - Phần mềm EWB có giao diện cửa sổ (giống pm Microsoft 3. Chạy ch•ơng trình mô phỏng Word, Excel). Nên các thao tác giữa ng•ời sử dụng với Sau khi kiểm tra mạch cẩn thận, ta chạy ch•ơng trình mô phần mềm t•ơng tự nh• pm Word. Ví dụ: Chạy ch•ơng phỏng bằng cách nháy chuột trái vào nút Activate Simulation trình (Start\Programs\ ), Tạo file mới (File\New), L•u file (góc trên phải cửa sổ EWB). Quan sát, đọc các kết đo, phân vào bộ nhớ (File\Save), v.v. tích, nhận xét mạch 4 5 L.T.Vinh 1
2. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Sử dụng đồng hồ đo 3. Sử dụng đồng hồ đo Một số loại đồng hồ đo: (Hình bên) Máy hiện sóng (Oscilloscope) 1) Volmeter (Vôn kế - a) Thông số của máy 2) Ammeter (Ampe kế - b) 1) Time Base (s, ms, v.v.) 3) Multimeter (Đồng hồ vạn năng - c) 2) Channel A, Channel B (V, mV, kV, v.v.) Các chế độ đo Và một số thông số khác - Một chiều (DC), Xoay chiều (AC) – d, e - Đồng hồ vạn năng (c,e): A: đo I, V đo U và  đo R, ~ xoay Ví dụ: Đo U, I, và xem chiều và - một chiều dạng sóng Ví dụ: Cần đo dòng điện 1 chiều: sử dụng Ammeter – DC hoặc Multimeter A -; Đo h.đ.t xoay chiều: sử dụng Volmeter – AC hoặc Multimeter V ~; Đo điện trở: dùng Multimeter  - ; Tính trở kháng Z=U/I (đ/v dòng ~) 6 7 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Mục đích môn học 5. Thực hành Môn học này, cung cấp cho SV Bài 1: Sử dụng phần mềm EWB, vẽ mạch điện sau, - Kiến thức cơ bản về mạch điện tử - Ph•ơng pháp nghiên cứu mạch điện l•u mạch vừa vẽ xong vào th• mục - Làm quen với thiết kế, lắp mạch, đo các thông số, phân tích – C:\SV\Tin28\Tên SV\ kdai_dao.ewb nhận xét mạch điện, hình thành kỹ năng làm việc - Rèn luyện ý thức chấp hành kỹ luật trong lao động, học tập Định h•ớng - Đối t•ợng nghiên cứu:Mạch điện - Công việc cần làm: Xác định các thông số của mạch, làm bộc lộ bản chất của mạch - Nghiên cứu: Dựa vào các thông số đo đ•ợc, phân tích mối quan hệ, sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các linh kiện, trị số của linh kiện, ảnh h•ớng đến kết quả mong muốn của ng•ời thiết kế ntn? tốt hay ch•a tốt? dự đoán tại sao? 8 9 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 5. Thực hành Bài 2: Khảo sát sự cộng h•ởng (I max) của mạch RLC Trạng thái của mạch đ•ợc xác Mô phỏng mạch nguồn một chiều định bởi các thông số sau: I, ổn định Ur, Ul, Uc, Url, Ulc, góc lệnh pha giữa u và i, giữa url và i. Các b•ớc thực hiện: b1) Xác định trạng thái (TT) ban đầu (trạng thái A) của mạch b2) Xđ TT cộng h•ởng do thay đổi tần số f của nguồn điện (TT B) b3) Xđ TT cộng h•ởng do thay đổi L (TT C) b4) Xđ TT cộng h•ởng do thay đổi C (TT D) b5) So sánh số liệu của 4 TT (A,B,C và D), phân tích, nhận xét 10 L.T.Vinh 2
3. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung 1. Sơ đồ khối của mạch nguồn U1 U2 Ut U01 U02 Biến áp Chỉnh l•u Bộ lọc ổn áp 1. Sơ đồ khối của mạch nguồn - biến áp: Biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U có giá trị thích hợp với yêu cầu (trong 2. Giới thiệu về mạch chỉnh l•u và mạch lọc 2 một số tr•ờng hợp có thể dùng trực tiếp U1 không phải sử dụng biến áp) 3. Mạch ổn áp - Mạch chỉnh l•u: Có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều Ut không bằng 4. Thực hành phẳng (có giá trị thay đổi) 1 2 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Sơ đồ khối của mạch nguồn 2. Giới thiệu mạch chỉnh l•u và mạch lọc U U U U U 1 2 t 01 02 1. Mạch chỉnh l•u Biến áp Chỉnh l•u Bộ lọc ổn áp - bộ lọc: Có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều nhấp nhô Ut thành điện áp một chiều U01 ít nhấp nhô hơn - ổn áp: ổn định điện áp đầu ra U02 khi điện áp vào U01 thay đổi do mất ổn định của mạch nguồn hoặc do tải gây ra (trong một số tr•ờng hợp nếu không cần yêu a) Mạch chỉnh l•u b) Mạch chỉnh l•u cầu nguồn ổn định cao thì không phải sử dụng khối ổn nữa chu kỳ 2 nữa chu kỳ áp) 3 (chỉnh l•u cầu) 4 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Giới thiệu mạch chỉnh l•u và mạch lọc 3. Mạch ổn áp & Các chỉ tiêu đánh giá 2. Mạch lọc 1. Hệ số ổn áp c) Mạch lọc a) Mạch lọc Uv Uv 2 Uv 1 hình L K bằng tụ od U U U ng•ợc r R const r 2 r 1 R const b) Mạch lọc bằng cuộn d) Mạch lọc 2. Hiệu suất dây hình pi ( ) Ur .It Mạch lọc: Sử dụng đặc tính tích phóng điện  của tụ và đặc tính tạo ra suất điện động cảm Uv .Iv kháng khi có sự thay đổi điện áp 5 6 L.T.Vinh 3
4. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Mạch ổn áp & Các chỉ tiêu đánh giá 3. Mạch ổn áp & Các chỉ tiêu đánh giá 3. L•ợng trôi Một số linh kiện th•ờng dùng trong mạch ổn áp Uv U 1. Diode Zener K od 2. Transistor 3. IC ôn áp (78xx và 79xx) 7 8 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Mạch ổn áp & Các chỉ tiêu đánh giá 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc Một số mạch ổn áp đơn giản Diode Zener 78xx Bài 1: Chỉnh l•u cầu IC ổn áp (79xx) U - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra Uin out - Nhận xét 9 10 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc Bài 2: Mạch lọc C Bài 3: Mạch lọc bằng L - Lần l•ợt thay đổi giá trị của cuộn dây L, rồi giá trị R - Thay đổi giá trị của tụ C - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra - Nhận xét - Nhận xét 11 12 L.T.Vinh 4
5. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc Bài 4: Mạch lọc L ng•ợc Bài 5: Mạch lọc PI - Lần l•ợt thay đổi giá trị của L, rồi của C - Lần l•ợt thay đổi giá trị của L, rồi của C - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra - Nhận xét 13 - Nhận xét 14 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Thực hành chỉnh l•u & bộ lọc 4. Thực hành mạch ổn áp Bài 1: Chỉnh l•u cầu - Ghi dạng điện áp vào, điện áp ra - Nhận xét 15 16 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Thực hành 1. Dùng Oscillo quan sát hình dạng Uvào, mô phỏng mạch Khuếch đại Ura cho mỗi mạch 2. Thay đổi biến trở VR, đo giá trị Ura 3. Thay đổi Uvào, đo giá trị Ura để tính các thông số: - Hệ số ổn áp - Hiệu suất - L•ợng trôi 17 L.T.Vinh 5
6. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung 1. Giới thiệu về mạch KĐ - Khuếch đại là làm tăng c•ờng độ điện 1. Giới thiệu về mạch KĐ áp hay dòng điện của tín hiệu. - Đây là một quá trình biến đổi năng 2. Một số mạch KĐ dùng Transistor l•ợng có điều khiển, ở đó năng l•ợng của nguồn cung cấp 1 chiều đ•ợc biến đổi 3. Hồi tiếp, ghép tầng thành năng l•ợng xoay chiều của tín hiệu. 4. Thực hành 1 2 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Giới thiệu về mạch KĐ 1. Giới thiệu về mạch KĐ Phân loại Một số chỉ tiêu đánh giá 1/ Theo tần số: 2/ Theo công suất: - KĐ âm tần: <2 MHz 1. Hệ số khuếch đại: Nhỏ: ~ 200 mW U r I r Ku ; K I ; - KĐ trung tần: <20 MHz Vừa: ~ Vài W U v Iv - KĐ cao tần: <300 MHz Lớn: ~ 100 W - KĐ siêu cao tần: <500 MHz 2. Trở kháng vào/ra: U U R v ; R r ; (mạch để hở) v r 3/ Phần tử chủ đạo Iv Ir Transistor 3. Dãi thông: FET (ght/ghd: d•ới hạn trên /d•ới) f f ght f ghd ; IC 3 4 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số mạch KĐ dùng Transistor 2. Một số mạch KĐ dùng Transistor 1) Mạch B chung Tác dụng của các linh liện 2) Mạch E chung - R2 và E1 phân cực thuận cho e-b của T - E2: phân cực ng•ợc cho c-b của T - R1: còn gọi là điện trở gánh (gây sụt áp trên R1 khi Ic tăng) 3) Mạch C chung Nguyên lý làm việc: 1/2 chu kỳ + : E=E1 + et cực E d•ơng hơn B, làm BE phân cực thuận, dòng IE tăng làm cho Ic (=IE-IB) tăng, sụt áp trên R1 tăng, Uc tăng nghĩa là et d•ơng lên. 1/2 chu kỳ - ng•ợc lại làm cho et âm hơn. Tóm lại tín hiệu e đ•ợc khuyếch đại. 5 6 L.T.Vinh 6
7. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số mạch KĐ dùng Transistor 3. Hồi tiếp, ghép tầng 4) Mạch KĐ công suất (đẩy-kéo) 1) Hồi tiếp: Cải thiện các tính chất của bộ KĐ, nâng cao chất l•ợng Vi: tín hiệu vào T1 và T2 cùng loại, nữa chu kỳ Vo: tín hiệu ra đầu của tín hiệu T1 làm việc, Vf: tín hiệu hồi tiếp nữa chu kỳ sau của tín hiệu T2 và làm việc, đảm bảo công suất lớn Vf = Vo hơn tầng đơn.  Vo Vd = Vs - Vf = Vi V V V V K K o ; K o o i ; Vs = Vi + Vo V ht V V V V V 1 K i s i o i  o Vi Vi Đối với hồi tiếp âm: -K -1) 7 Đối với hồi tiếp d•ơng: -K 1 (K -1) 8 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Hồi tiếp, ghép tầng 4. Thực hành Mô phỏng mạch sau a) Dùng Ammeter đo Ib, Ic 2) Ghép 2 tầng bộ KĐ với nhau: b) - Điều chỉnh VR4 để Ib=0A, sau đó xem giá trị của Ic - Ghép trực tiếp - Điều chỉnh VR4 để Ic đạt cực đại, sau đó xem giá trị của Ib - Ghép bằng tụ C c) Điều chỉnh VR4 và dùng Voltmeter để đo Ube và Uce để Uce = 6V, xem giá trị Vbe - Ghép bằng cuộn dây L d) Nối máy phát vào Vi và nối Oscilloscope vào Vo, điều chỉnh máy - Ghép bằng điốt Quang (Photo Diode) phát cho sóng tăng tần số tín hiệu vào cho đến khi tín hiệu ra bị méo hiển thị trên Oscilloscope. Khi đó đo tần số của tín hiệu vào. Ghi lại các số liệu trên và tính: e) Dữ nguyên tín hiệu vào, điều chỉnh - Hệ số KĐ: Ki=Ira/Ivào; biến trở VR4 và xem dạng tín hiệu ra Ku=Ura/Uvào - Xác định dãi làm việc: f 9 - Trở kháng vào/ra của mạch 10 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4. Thực hành Tính: mô phỏng mạch tạo dao động -Hệ số KĐ: Ki=Ic/Ib; Kv=Vo/Vi - Xác định dãi làm việc: f - Trở kháng vào/ra của mạch 11 L.T.Vinh 7
8. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung 1. Giới thiệu về mạch dao động - Mạch dđ tạo ra nguồn cung cấp điện áp 1. Giới thiệu về mạch dao động hay dòng điện biến thiên, chúng th•ờng đ•ợc sử dụng nh• một nguồn tín hiệu. 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động - ứng dụng của mạch dđ: Kỹ thuật điện tử, hệ thống thông tin, các máy đo, thiết 3. Thực hành bị y tế và nhiều thiết bị khác 1 2 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Giới thiệu về mạch dao động 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động - Các dạng dđ điện: hình sin (điều hòa), Dao động điều hòa có thể tạo ra theo 2 nguyên tắc: xung chữ nhật, răng c•a, v.v. - Mạch KĐ có hồi tiếp d•ơng - PP tổng hợp mạch - Phần tử cơ bản trong mạch: Đèn điện tử, Transistor, IC (KĐTT) ở đây ta xét các mạch dđ tạo ra theo nguyên tắc - Chỉ tiêu đánh giá: hồi tiếp d•ơng • Tần số (f) • Điện áp ra (U) • Công suất (P), v.v 3 4 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động a) Điều kiện và đặc điểm của mạch tạo dao động Điều kiện của mạch tạo dao động: i K K.e k - Cân bằng biên độ: mạch chỉ có thể dao động khi i ht mạch KĐ có thể bù đ•ợc tổn hao năng l•ợng do K ht Kht .e mạch hồi tiếp gây ra K.K ht 1 - Cân bằng pha: Dao động chỉ có thể phát sinh khi K.Kth 1 tín hiệu hồi tiếp cùng pha với tín hiệu vào k ht 2n , n 0, 1, 2, 5 6 L.T.Vinh 8
9. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động Một số đặc điểm của mạch dao động a) ổn định biên độ dao động bằng cách: Hạn chế -Mạch tạo dđ cũng là một mạch KĐ, nh•ng là mạch KĐ tự điện áp ra bằng cách chọn giá trị điện áp nguồn thích điều khiển bằng hồi tiếp d•ơng. Năng l•ợng tự dao động lấy từ hợp (U tín hiệu ra luôn < Unguồn) nguồn cung cấp 1 chiều -Muốn có dđ mạch phải có kết cấu thảo mãn điều kiện cân b) ổn định tần số dao động bằng cách: bằng biên độ và cân bằng pha - Dùng nguồn ổn áp, các linh kiện có sai số nhỏ, hệ - Mạch phải chứa ít nhất một phần tử tích cực làm nhiệm vụ số phụ thuộc nhiệt độ nhỏ biến đổi năng l•ợng một chiều thành xoay chiều - Giảm ảnh h•ởng của tải đến mạch bằng cách mắc - Mạch phải chứa một phần tử phi tuyến hay một khâu điều thêm tầng đệm chỉnh để biên độ dao động không đổi ở trạng thái xác lập 7 8 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động Hai loại bộ tạo dao động cơ bản: a) Bộ tạo dao động LC - Kết hợp sự tích phóng của tụ với hiệu ứng tạo ra s.đ.đ cảm kháng của -Bộ tạo dao động LC cuộn dây tạo nên mạch dao động - Có: q, i, u biến thiên điều hòa Bộ tạo dao động LC đ•ợc sử dụng trong các mạch tạo dao động: - Bộ tạo dao động RC - Ghép biến áp - 3 điểm điện cảm 9 - 3 điểm điện dung 10 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động 2. Một số kiến thức cơ bản về mạch dao động a) Bộ tạo Đặc điểm chung a) Bộ tạo Một số mạch dùng bộ dđ RC dao động RC - Dùng ở phạm vi tần số thấp dao động RC Bộ dao động dùng - Dễ dàng chế tạo dạng vi mạch (vì - Mạch di pha (3 khâu ghép nt nhau) (a) không có L) - Lọc T (b) và T- kép - Có thể điều chỉnh tần số trong dãi rộng - Mạch cầu viên (c) f~1/C (khác với mạch LC f~1/ căn bậc hai của C) - Giảm méo tín hiệu (vì hồi tiếp sử dụng phần tử RC) không có hiện t•ợng cộng h•ởng tại tần số cơ bản nh• mạch LC 11 12 a) b) c) L.T.Vinh 9
10. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Thực hành 3. Thực hành Bài 1: Bài 2: Mô phỏng mạch Dao Mô phỏng mạch Dao động đa động đa hài dùng hài dùng IC Khuếch đại Transistor thuật toán Hãy kiểm tra tính đúng Hãy kiểm tra tính đúng đắn đắn của các công thức của các công thức sau: sau: T1= R1*C1*ln2 ~ 0.7 * R1*C1 T = 2RC(1+(2R1)/R2) T2= R2*C2*ln2 ~ 0.7 * R2*C2 Khi R1=R2 thì T ~ 2.2RC T= T1 + T2; Khi R1=R2 = R; C1= C2 = C thì T ~ 1.4 * R*C 13 14 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Thực hành 3. Thực hành Bài 3: Bài 4: Mô phỏng mạch Phát Mô phỏng mạch Phát xung vuông Cầu viên xung sin Cầu viên Hãy kiểm tra tính đúng Hãy kiểm tra tính đúng đắn của công thức sau: đắn của công thức sau: f=1/(2*pi*RC) Khi R1=R2=R; C1=C2=C; f= 1/2*pi*R*C. Khi R=20k, C=10nF. f ~ 795 Hz. 15 16 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung mô phỏng mạch KđTT 1. Giới thiệu Khuếch đại Thuật toán (KĐTT) 2. Một số mạch ứng dụng của KĐTT 3. Thực hành 1 L.T.Vinh 10
11. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Giới thiệu vi mạch KĐTT 1. Giới thiệu vi mạch KĐTT (1) KĐTT là gì? (1) KĐTT là gì? - KĐTT là một IC, nó còn đ•ợc gọi tắt là - KĐTT có nguồn nuôi là kết OPA. hợp 2 nguồn có c•ờng độ nh• - KĐTT là một bộ KĐ gồm nhau nh•ng khác cực, 1 chân đảo (-), một chân th•ờng dùng 3-24V trong đó không đảo (+) và một đầu 12V đ•ợc dùng nhiều nhất. ra, nh• hình bên. Cách nối nguồn đ•ợc chỉ ra ở hình bên 2 3 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 1. Giới thiệu vi mạch KĐTT 1. Giới thiệu vi mạch KĐTT (2) KĐTT lý t•ởng có các tính chất sau: (3) Thực tế không có KĐTT lý t•ởng, - Hệ số KĐ K = để đánh giá KĐTT ng•ời ta căn cứ vào - Trở kháng vào Zi = các tham số của nó: - Trở kháng ra Zo = 0 - Hệ số KĐ K = Ura/Uvào - Dã i thông BW = - Trở kháng vào Zi - Nếu Vi = 0 thì Vo = 0 - Trở kháng ra Zo Các tính chất không phụ thuộc nhiệt độ v.v. 4 5 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số mạch ứng dụng của KĐTT 2. Một số mạch ứng dụng của KĐTT 1) Bộ KĐ đảo 3) Bộ cộng đảo U1 U 2 Un n Ura Rht( ) U Ura Rht R1 R2 Rn  i i K i 1 Uvao R1 2) Bộ KĐ không đảo 4) Bộ tích phân 1 t 1 t Ura Rht Ura U dt U dt K 1 RC vao  vao Uvao R1 0 0 6 7 L.T.Vinh 11
12. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2. Một số mạch ứng dụng của KĐTT 3. Thực hành 5) Bộ vi phân Bài 1: Đo trở kháng vào của KĐTT (1) Đặt máy dUvao phát: f = 1kHz, Ura RC U = nhỏ nhất (~1 dt mV) (2) Đặt VR nhỏ nhất (3) Tăng U của tín hiệu vào cho đến khi tín hiệu ra bị méo. v.v. (4) Xem và ghi lại tín hiệu vào (5) Điều chỉnh VR cho đến khi tín hiệu vào = 1/2 tín hiệu ra (6) Tắt nguồn cung cấp (7) Dùng ôm kế của đồng hồ vạn năng đo VR. Giá trị này là trở kháng vào 8 của KĐTT 9 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Thực hành 3. Thực hành Bài 2: Đo trở kháng ra Bài 3: Mô phỏng mạch Khuếch đại đảo của KĐTT (1) Đặt máy phát: f = 1kHz, U = nhỏ nhất (~1 mV) (2) Mở khoá K (3) Tăng U của tín hiệu vào cho đến khi tín hiệu ra bị méo. (4) Ghi lại Umax của tín hiệu ra (5) Đóng khoá K, xem sự biến đổi của dạng sóng ra (6) Điều chỉnh VR để Ura = 1/2 Umax (7) Tắt nguồn + Lần l•ợt thay đổi các giá trị của: Uvao (1V); (8) Dùng ôm kế của đồng hồ vạn năng đo trở kháng đầu ra của KĐTT (giữa đầu ra với đất). Giá trị này là trở kháng ra của KĐTT R1(1K); Rht(2K) (9) Thay đổi tần số của máy phát 100 Hz, 10 kHz và 50 kHz, lặp lại các b•ớc + Quan sát kết quả đầu ra trên Volmeter 2-9 để khảo sát sự phụ thuộc của Trở kháng ra vào tần số. 10 + Nhận xét ??? 11 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3. Thực hành mô phỏng mạch số Bài 4: Mô phỏng mạch các mạch còn lại từ mạch số 2 đến số 5. + Giá trị của các linh kiện là tùy ý! 11 L.T.Vinh 12
13. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh Nội dung 1- Khái niệm về mạch điện tử số 1- Khái niệm về mạch điện tử số Các khái niệm 2- Biến logic và hàm logic - Tin tức: đ•ợc hiểu là nội dung chứa đựng bên trong một sự kiện - Tín hiệu: mô tả các biểu hiện vật lý của tin tức 3- Các hàm, phần tử logic cơ bản t/h t•ơng tự: liên tục cả về biên độ và thời gian 4- Biểu diễn hàm logic bằng sơ đồ t/h số: gián đoạn cả về biên độ và thời gian - Kỹ thuật số: công cụ để làm việc với các mức logic 0, 1 do bài 5- Tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số toán thực tế đặt ra, mạch điện thực hiện các bài toán logic gọi là 6- Mạch logic tổ hợp mạch logic (hay mạch số) 7- Mạch dãy - Đại số logic (ĐS Boole): Do nhà toán học George Boole (Anh) sáng lập vào cuối thế kỷ 19, là công cụ toán học đ•ợc sử dụng để 8- Thực hành 1 phân tích và thiết kế mạch số 2 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 2- Biến logic và hàm logic 2- Hệ đếm và mã a) Hệ đếm a) Biến logic Hệ 2, hệ 10, hệ 16 v.v. Xét tập B={0,1}. Xi là biến logic nếu Xi thuộc tập B 3 2 1 0 Ví dụ: (1011)2 = 1x2 + 0x2 + 1x2 + 1x2 = 8 + 2 + 1 =11 1 0 b) Hàm logic (4F)16 = 4FH = 4x16 + 15x16 = 64 + 15 = 79 f là hàm logic nếu nh• f là hàm của một tập biến logic và f Để đổi một số X hệ 10 sang hệ cơ số a (Y), ta chia liên tiếp chỉ nhận 2 giá trị 0 và 1 X cho a, ghi lại số d• b0, b1, , bn, khi đó Y=bn bi b1b0 f = f(X) = f(Xn, Xn-1, , Xi, , X1) b) Mã (do con ng•ời định nghĩa, quy định) Xi thuộc tập B với i = 1 - n Ví dụ:Mã ASCII, mã BCD, mã nhị phân v.v Nhận xét: Mã ASCII dùng 8 bit (binary digit) để mã hoá 256 ký tự Trong đại số Boole, biến và hàm chỉ lấy 2 giá trị 0 và 1 số 5 có mã ASCII là 35H = 0011 0101 Mã BCD dùng 4 bit để mã hoá 1 chữ số thập phân số 73 có mã BCD là 0111 0011 3 Mã nhị phân dùng n bit để mã hoá 2n phần tử tin tức 3b L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 3- Các phép toán, phần tử logic cơ bản 3- Các hàm, phần tử logic cơ bản Hàm logic Phần tử logic Bảng Chân lý Phần tử logic Hàm logic 1/ NOT 4/ NAND 5/ NOR 6/ XOR 2/ AND 7/ Hàm t•ơng 3/ OR đ•ơng 4 5 L.T.Vinh 13
14. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 4- Biểu diễn hàm logic bằng sơ đồ 5- Tối thiểu hoá hàm logic bằng biến đổi đại số Các hệ thức cơ bản Một số ví dụ: (1-6) Quan hệ giữa biến và hằng => (7, 8) Tính đồng nhất=> (9, 10) T/c giao hoán => (11,12) T/c kết hợp => (13, 14) T/c phân phối => (15, 16) Định lý Demoorga => Tối thiểu hoá hàm logic: làm cho biểu Ví dụ: diễn đại số trở nên đơn giản, giảm số linh kiện, nâng cao độ tin cậy cho 6 mạch. 7 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 6. Mạch logic tổ hợp 7. Mạch dã y (Sequential Circuits) - Mạch logic tổ hợp đ•ợc tạo nên từ các phần tử logic cơ bản - Mạch dãy là mạch điện có trạng thái đầu ra ổn để thực hiện một bài toán logic cụ thể thực tế đặt ra. định ở thời điểm bất kỳ, trạng thái này phụ thuộc vào - Mạch này th•ờng có nhiều đầu vào (n) và nhiều đầu ra (m). 1/ Trạng thái đầu vào tại thời điểm đó Mỗi đầu ra là hàm của các (n) biến đầu vào. 2/ Trạng thái của mạch ở thời điểm tr•ớc đó - Ng•ời ta th•ờng dùng Sơ đồ logic, Bảng chân lý, v.v. để biểu - Nh• vậy, để xây dựng mạch dãy, ngoài các mạch tổ hợp cơ bản, diễn chức năng của mạch cần phải có các phần tử nhớ (Flip-Flop). - Ví dụ một số mạch logic tổ hợp: - Ng•ời ta th•ờng dùng hàm logic, bảng trạng thái (bảng chân lý), Bộ mã hoá v.v để mô tả chức năng của mạch dãy. Bộ giải mã - Ví dụ một số mạch logic tổ hợp: Bộ so sánh Bộ nhớ Bộ cộng Bộ đếm các loại v.v. 8 9 Bộ dồn kênh v.v. L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 7b. Thiết kế mạch số 7b. Thiết kế mạch số Quá trình thiết kế mạch số thông th•ờng đ•ợc Ví dụ: Thiết kế mạch mã hóa nhị phân 5 tín hiệu thực hiện theo các b•ớc sau: vào, tại một thời điểm chỉ có 1 tín hiệu tích cực 1/ Phân tích yêu cầu của bài toán 1/ Phân tích yêu cầu của bài toán Đầu vào: 5 đ•ờng tín hiệu, Đầu ra: là các bit của số nhị phân thể hiện cho tín hiệu tích cực 2/ Lập bảng chân lý t•ơng ứng. Số bit: 2N>=5; suy ra N=3, vậy có 3 đầu ra (Số nhị phân có 3 chữ số) 3/ Viết biểu thức hàm logic và tối thiểu hóa nó 2/ Lập bảng chân lý 3/ Viết biểu thức hàm logic và tối thiểu hóa nó 4/ Biểu diễn biểu thức đã tối thiểu hóa bằng sơ đồ Biểu thức quan hệ Đầu ra với đầu vào:(cũng là biểu thức tối thiểu) logic A=X4+X5 B= X2 + X3 Ta xét ví dụ sau C= X1 + X3 + X5 10 4/ Biểu diễn biểu thức đã tối thiểu hóa bằng sơ đồ logic 11 L.T.Vinh 14
15. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 7b. Thiết kế mạch số 8. Thực hành 3/ Viết biểu thức hàm logic và tối thiểu hóa nó Bài 1: Mô phỏng mạch các cổng logic cơ bản: Biểu thức quan hệ Đầu ra với đầu vào:(cũng là biểu thức NOT, AND, OR, NAND, NOR, XOR tối thiểu) Kiểm tra sự đúng đắn của bảng chân lý. A=X4+X5 B= X2 + X3 C= X1 + X3 + X5 Ví dụ: Cổng logic NOT 4/ Biểu diễn biểu thức đã tối thiểu hóa bằng sơ đồ logic Bảng chân lý X F 0 1 1 0 0: Bật công tắc nối với GND (hoặc đèn LED tắt) 1: Bật công tắc nối với +Vcc (hoặc đèn LED sáng) 12 13 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 8. Thực hành 8. Thực hành Bài 2: Mô phỏng bộ mã hóa Bài 3: Thiết kế bộ giải mã nhị phân 3 bit. Mạch có 3 tín hiệu vào ( nhị phân 3 bit 3 bit số nhị phân), 8 tín hiệu ra. Đầu vào là một số nhị phân, đầu ra dây tín hiệu t•ơng ứng ở mức logic 1. Ví dụ: Đầu vào là 011 Đầu vào: 7 đ•ờng tín hiệu đầu ra dây số 3 ở mức 1, các dây khác ở mức 0 Đầu ra: 3 chữ số (bit) nhị Bài 4: Thiết kế bộ cộng hai số 1 bit. y = a + b, khi đó: phân a= 0 0 1 1 Tại 1 thời điểm chỉ có 1 tín b= 0 1 0 1 hiệu vào mức 1, đầu ra là số y= 0 1 1 0 nhị phân ứng với tín hiệu đó. c= 0 0 0 1 (Nhớ) Ví dụ: dây số 3 có tín hiệu, Bài 5: Thiết kế bộ so sánh hai số 1 bit. a so sánh với b (a, b là các đầu ra sẽ là 011 tín hiệu vào), G, L, M là các tín hiệu ra. Thỏa mãn quan hệ sau: a=b thì G = 1 Sinh viên thực tập cần làm theo 4 b•ớc để thiết kế các mạch này! a>b thì L = 1 14 15 a<b thì M = 1 L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 8. Thực hành 8. Thực hành Bộ cộng 2 số nhị phân 1 bit Bộ so sánh 2 số nhị phân 1 bit 15b 15c L.T.Vinh 15
16. ĐHSPKT Vinh,Khoa Điện tử L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh L.T.Vinh, ĐH Sư phạm Kỹ thuật Vinh 8. Thực hành Bài 6: Mô phỏng mạch đếm xung 4 bit sau: Hãy kiểm tra bảng chân lý của mạch bằng cách ấn Enter, ấn 1 lần 4 bit số nhị phân sẽ là 0000, lần 2: 0001, lần 3: 0010 lần 15: 1111, lần 16 (trở về 0): 0000 cHúC CáCBạN HọC TốT! hếT Các bài khác: Mô phỏng mạch giải mã 7 thanh, ALU 16 L.T.Vinh 16