149
Bài 11: Đa hài
(Multivibrator)
A. Phần tóm tắt lý thuyết
Đa hài là tên chung của các mạch phát xung vuông. Có ba loại đa hài:
- Đa hài tự dao động (free running multivibrator).
- Đa hài hai trạng thái cân bằng (bistable multivibrator).
- Đa hài một trạng thái cân bằng (monostable multivibrator).
Đa hài tự dao động phát liên tục các xung vuông (hình a). Đa hài hai trạng
thái cân bằng luôn luôn ở một trong hai trạng thái này. Các trigơ D, RS hay trigơ
JK có thể xếp vào loại này. Khi có một xung nhịp kích thích ở đầu vào thì đầu ra
sẽ chuyển lên trạng thái cao hoặc chuyển xuống trạng thái thấp (hình b). Đa
hài một trạng thái cân bằng phát một xung đơn ở đầu ra khi có một xung nhịp
kích thích ở đầu vào (hình c). Điều ta quan tâm ở đây là đa hài tự dao động và đa hài một trạng thái cân
bằng còn đa hài hai trạng thái cân bằng thì đã nói nhiều trong trigơ.
Tầng đệmTầng phát
100K
470K
150p
100KHz / 10Vpp
Vpp là điện áp đo giữa
hai đỉnh của xung
1MHz / 5Vpp
1nF
1MHz
220
220
680
680
100KHZ
+
22p
R1
2k
RB
1k
RA
1k
RL
10k
+
C1
.01uF


151
GND : Đất Control Voltage : điện áp điều khiển
Trigger : kích thích Threshold : ngỡng
Output : đầu ra Discharge : phóng điện
Reset : Xoá +V
CC
: nguồn dơng
Hình dới đây trình bày cấu trúc rút gọn của 555 và một số linh kiện lắp
thêm ở mạch ngoài (C, R
1
, R
2
). ở đây cần lu ý các trạng thái của mạch so sánh,
trigơ RS, transistor và cửa đảo ở đầu ra. Khi đóng nguồn điện 5v tụ C đợc nạp
điện qua R
1
R
2
. Coi rằng mạch đã hoạt động ổn định. Khi V
C
(điện áp ở tụ điện C)
đạt đến giá trị 2V
CC
/3 (nói chính xác vợt giá trị này một chút) thì mạch so sánh 2
làm việc và lối ra của nó làm cho S = 1, R = 0, Q = 1, transistor thông, tụ C phóng
điện qua R
2
xuống đất. Xung ở đầu ra từ logic 1 giảm xuống 0 nhờ cửa đảo.
Khi điện áp V



<<
3
2
3
CC
C
CC
V
V
V
. Nếu phân tích chi tiết thêm ta
thấy đầu ra của hai mạch so sánh chỉ chuyển lên mức logic 1 trong khoảng khắc
lúc mà điện áp V
C
vợt ranh giới
3
CC
V
và
3
2
CC
V
. Tuy vậy thời gian này cũng đủ để
trigơ RS chuyển trạng thái. Quá trình hoạt động trên đợc mô tả bằng giản đồ
xung trên hình sau
pd 2
685,0
=

- Chu kỳ xung :
(
)
CRRT
21
2685,0
+
=

- Tần số dao động :
()
CRR
f
21
2
46,1
+
=

- Giới hạn linh kiện :
(
)

<
<


ở trạng thái ổn định ban đầu, đầu vào ở trạng thái thấp, đầu ra cửa NAND 1
ở trạng thái cao, tụ C đã tích điện từ trớc nghĩa là V
C
cũng ở mức logic cao, do đó
đầu ra cửa NAND 2 cũng ở mức logic cao. Bây giờ đầu vào chuyển trạng thái từ 0

1 tụ C phóng điện qua R và qua NAND 1 xuống đất. Ngay thời điểm bắt đầu
phóng thì hai đầu vào cửa NAND 2 ở logic cao nên đầu ra V
out
chuyển trạng thái
từ 1
0. Khi V
C
giảm đến điện thế ngỡng, V
ng
của NAND 2, V
out
lấp tức chuyển
trạng thái từ 0
1 để kết thúc một xung ngắn hạn. Nếu cửa NAND thuộc hộ
TTL thì R < 500
. Mạch điện nh trên đợc sử dụng rộng rãi khi ta cần chuyển
một xung có độ rộng xung lớn thành một xung kích có bề rộng xung nhỏ (xung
ngắn hạn). Tuy nhiên, điều này còn phụ thuộc vào hằng số thời gian RC. Nếu
xung đầu vào V
in
với bề rộng không đủ lớn, nghĩa là V

UA555
Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
Dis
Vcc
U1
C1
1uF
C2
0.1uF
R1
10k
R2
27k
A
B

154
C
1
= 0,01
F
à
(tuỳ ý có hay không cũng đợc)
Một xung âm, đơn, ngắn hạn tác dụng ở đầu vào sẽ cho một xung dơng, đơn
dài hạn ở đầu ra. Thời gian kéo dài xung t (còn có các tên gọi khác nh bề rộng
xung độ dài xung) đợc tính theo công thức gần đúng sau:

0
0
0



=
==
r Condensato ternalresitor/ex external Rext/Cext
r condensato external Cext ; connection internal No NC

INPUT
100K
0.01uF
1k
+5V
C
74121
4
A2
5

1001
11
do đó 1ns < t < 100ns
Vi mạch 74221 hay 74LS221 là đa hài một trạng thái cân bằng kép (khác với
74121 là loại đơn) với đầu vào dùng trigơ Smit (giống 74121). Trong sách cẩm
nang 74221 đợc gọi là Dual monostable multivibrator with schmitt triger
input. Giữa 74221và 74LS221 khác nhau về công suất tiêu thụ và bề rộng xung
ra cực đại (74221

130mw/21s
max
, 74LS221

23mw/70s
max
). Hình sau là sơ đồ
chân nối và bảng chân lý của 74LS221. Lu ý rằng sơ đồ chân nối và bảng chân lý
này cũng có thể sử dụng đợc cho đa hài 74LS123. Bề rộng xung đợc tính theo
công thức sau :

RC,t 70

156
B. Phần thực nghiệm
1. Xây dựng mạch phát xung nhịp (Clock Generator) từ cửa Đảo
Sơ đồ thí nghiệm:


4.000MHZ
1n
+V
5V
2k7
220
220
4k7

157
mục UIC, sau đó Ok và thoát ra ngoài, lúc này bạn nhấp lên nút
Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào thanh công cụ Probe Tool
[Ctrl-P] đa công cụ này vào lối ra của các Trigơ, quan sát dạng sóng
thu đợc trên mà hình dao động ký .
2. Xây dựng mạch phát xung nhịp từ IC 555
Sơ đồ thí nghiệm:

Các bớc tiến hành thí nghiệm:
Bớc1:

Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng:

Dis
8
Vcc
555
+5V
.IC
R2
2k
R1
2k

158
[Ctrl-P] đa công cụ này vào lối ra của IC 555 (Chân số 3), quan sát
dạng sóng thu đợc trên mà hình dao động ký.
b. Bạn đa chuột sang phía bên trái mạn hình, trong vùng
measurement Cursors, trên kênh X1 và X2 chọn a20_2, tơng tự ở
mục còn lại bạn chọn Frequency 1 2, sau đó dịch chuột trên dao
động ký đúng một chu kỳ, nhìn phía dới mục Frequency 1 2 bạn sẽ
xác định đợc tần số phát của IC555, so sánh với kết quả lý thuyết
RCCRRT 1,2)(7,0
21
=
+=

3. Đa hài một trạng thái cân bằng xây dựng từ IC 555
Sơ đồ thí nghiệm:


Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
Dis
Vcc
C
1uF
R
27k

159
tiến hành đặt điều kiện để mô phỏng, trong cửa sổ Analyses Setup
bạn chọn Trasient/Fourier, tiếp tục trong cửa sổ này bạn tick vào
mục UIC, sau đó OK và thoát ra ngoài, lúc này bạn nhấp lên nút
Run trên thanh công cụ. Kích chuột vào thanh công cụ Probe Tool
[Ctrl-P] đa công cụ này vào lối ra của IC555 và lối vào Triger của
IC555, quan sát dạng sóng thu đợc trên mà hình dao động ký. Nhận
xét về dạng sóng lối ra và lối vào của IC 555, giải thích tại sao lại có
hiện tợng này ?
161


3. Bé dao ®éng mét tr¹ng th¸i c©n b»ng ®Çu vµo trig¬ Smit
(Dual Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs)
Tªn IC: 74x221 (TTL)