Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong những năm gần đây, cùng với sự bùng nổ của cách mạng thông
tin, ngành kĩ thuật điện tử là một trong những ngành phát triển với tốc độ nhanh
nhất. Những người có trí tưởng tượng phong phú nhất cũng không thể hình
dung được tương lai của ngành điện tử sẽ diễn biến theo chiều hướng nào. Các
đồ điện tử tin học, các thiết bị thông tin giải trí vừa mới mua sắm đã trở thành
lạc hậu, lỗi thời.
Linh kiên điện tử càng ngày càng nhỏ bé, vừa tiết kiệm năng lượng vừa
tích hợp nhiều chức năng. mạch điện tử vì thế càng ngày càng thay đổi về hình
dáng và cấu trúc. Các vi mạch (IC) đời mới chứa được hàng trăm linh kiện, một
IC có thể thay thế cho nhiều tầng hay nhiều khối chức năng.
Mỗi thiết bị điện tử đều gồm rất nhiều mạch, hầu hết những mạch ấy
đều được cải tiến từ một số mạch cơ bản ban đầu. Chỉ cần một thay đổi nhỏ là
một mạch ban đầu có thể biến thành một mạch mới với tính năng mới. Bằng
cách thay đổi cách nối dây, thay đổi vị trí hay thêm bớt linh kiện là người ta có
thể biến mạch cơ bản thành hàng trăm mạch mới với nhiều tính năng tác dụng
mới.
3
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Mạch dao động đa hài cũng là một mạch cơ bản, nó được dùng nhiều
trong hầu hết các thiết bị kĩ thuật số, trong máy thu hình, đầu đĩa, máy tính, trò
chơi,đồng hồ hay các thiết bị quảng cáo trang trí ….
Riêng lĩnh vực trang trí, có đến vài chục loại IC chuyên điều khiển các
đèn chớp sáng hay các chữ chạy nhảy như AN6879, 6877, 6878, 6884, 6891,
6888, 6887… các IC này đều được cải tiến từ mạch dao động đa hài dùng
Tranzistor.
Với sự hướng dẫn của thầy Phạm Duy Khánh, sinh viên nhóm 12 – lớp
học phần H2 xin được trình bày những hiểu biết về mạch đa hài tự kích trong
bài viết dưới đây.
PHẦN II: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

C2
U
C1
(a)
(b)
0
0
0
0
t
t
t
t
U
B1
U
B2
U
C1
U
C2
t
1
t
2
t
3
t
4
t

2
giảm làm I
C2
giảm và U
C2
tăng. Lượng tăng áp trên cực
5
T
1
R
E
C
R
R
T
2
T
1
R
R
C C
E
C
U
C2
U
C1
WR
Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý mạch phát
xung dùng Tranzistor

Ngay khi T
1
mở bão hoà, T
2
khoá chắc chắn thì tụ C
2
được nạp theo đường:
+E
C
→ R
C2
→ C
2
→ r
beTr1
→ mát (âm nguồn E
C
). Đồng thời với quá trình nạp
điện của tụ C
2
là quá trình phóng điện của tụ C
1
: +C
1
→ r
ceTr1
→ E
C
(qua nội trở
của nguồn) → R

C1
giảm → U
C1
tăng → U
B2
tăng
Kết thúc quá trình hồi tiếp trên, T
1
khóa, T
2
thông bão hòa bắt đầu quá trình
nạp điện của tụ C
1
và phóng điện của tụ C
2
, U
C1
≈ E
C
, U
C2
≈ 0.
Qua các phân tích ở trên ta thấy mạch có thể tự động chuyển từ trạng thái
cân bằng không ổn định này sang trạng thái cân bằng không ổn định khác mà
không cần tín hiệu kích thích từ ngoài.
1.3. Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước
6
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Mạch có hai đầu ra được lấy trên hai cực góp của hai Tranzistor T
1

1
.Ln2 ≈ 0,7. R
1
.C
1
là hằng số thời gian phóng của C
1
.
τ
2
= R
2
.C
2
.Ln2 ≈ 0,7. R
2
.C
2
là hằng số thời gian phóng của C
2
.
⇒T ≈ 0,7.(R
1
.C
1
+ R
2
.C
2
).

B2
= R = 10kΩ; R
C1
= R
C2
=1kΩ; C
1
= C
2
=
0,47µF ta có thể dùng biến trở để tần số xung ra là 50Hz như sau:
f = 50Hz
⇒
1
T
f
=
=1/50=0.02(s)
Ta có T=1,4(R +WR)C
6
0,02
WR= 30,4
1,4.0,47.10
R k
−
⇒ + =
Ω
⇒
WR = 30,4-R = 30,4 – 10 = 20,4kΩ
Vậy cần điều chỉnh giá trị của biến trở WR = 20,4 kΩ thì tần số xung ra là 50Hz

2
C
2
)
Khi C1 ≠ C2 thì τ
1
≠ τ
2
các xung ra sẽ là các xung không đối
xứng hay nói cách khác độ rộng của 2 xung là khác nhau.
1.4. Mô phỏng mạch bằng phần mềm multisim
8
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 1.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng Tranzistor
9
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 1.4 : Giản đồ điện áp ra U
C1
(màu đỏ) và điện áp U
B1
(màu xanh)
10
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
11
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 1.5 : Giản đồ điện áp ra U
C2
(màu đỏ) và điện áp U
B2
(màu xanh)

τ
2
T
0
0
U
c
U
r
U
_
P
U
+
P
+U
ra max
-U
ra max
t
t
t
4
(b)
t
1
t
2
t
3

Smit thì sơ đồ sẽ lật trạng thái và điện áp ra đột biến giá trị ngược lại với giá trị
cũ. Sau đó thế trên đầu vào N thay đổi theo hướng ngược lại và tiếp tục cho đến
khi đạt ngưỡng lật khác. Quá trình thay đổi U
N
được điều khiển bởi thời gian
phóng nạp của C từ U
r
qua R.
13
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
+ Khoảng thời gian (0 ÷ t
1
) điện áp ra của KĐTT ở giá trị u
ra
= +U
ra max
.

β+=
+
+==⇒
+
.U
RR
R
UUu
maxra
21
1
maxra

−
.UUu
maxra
P
P
, đồng thời tụ C phóng điện từ + C → R → KĐTT →
-U
CC
→ nội trở nguồn → mát → - C. Khi điện áp trên tụ giảm về bằng không thì
tụ lại nạp theo chiều ngược lại từ mát → C → R → KĐTT → - Ucc, điện áp
trên tụ tăng dần với cực tính ngược lại. Tại t
2
điện thế trên N đạt đến giá trị
ngưỡng
u
C
=U
-
P
=-β.U
ramax
→ sơ đồ lại lật trạng thái → u
ra
=+ U
ramax
→
β+==
+
.UUu
maxra

Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Giải phương trình vi phân trên với điều kiện đầu là U
N
(t = 0) = U
-
P
= - U
ra
max
.β ta có nghiệm sau:
.)e.1(1U)t(U
C.R
t
maxraN








β−−=
−
Tại thời điểm t
1
điện áp trên tụ đạt giá trị U
N
(t
1

là hằng số thời gian phóng nạp của tụ C khi U
ra
= U
ra max
.
(*)
( )
RC
1
e.1)1(
τ
−
β+=β−⇔
, thay
21
1
RR
R
+
=β
, tối giản và lấy ln hai vế ta
được:
).
R
R
21(Ln.C.R)
R
R
21(Ln
C.R

điện trở R. Hình 2.2 là sơ đồ nguyên lý một mạch phát xung dùng khuyếch đại
thuật toán dùng vi mạch µA741 có độ rộng thay đổi được nhờ biến trở WR. Với
mạch này ta có công thức tính chu kỳ của xung ra như sau:
T = 2. τ ≈ 2.1,1.(WR + R).C = 2,2.(WR + R).C
Ví dụ 2: Cho IC µA741 biết C =200nF tìm thông số WR để tần số điên áp thay
đổi từ (10-1000)Hz
Ta có T=2,2(R + WR).C
Khi f
1
= 10Hz → T
1
=1/f
1
=0,1(s)
⇒
R + WR
1
=
7
0,1
227,3
2,2.2.0
k
−
=
Ω
Khi f
2
= 1000Hz → T
2

2.4. Mô phỏng mạch bằng phần mềm mutilsim
Hình 2.3 : Mô phỏng mạch đa hài dùng IC khuếch đại thuật toán
17
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 2.4 : Giản đồ điện áp U
v
(màu xanh) và điện áp U
ra
(màu đỏ)
3. Mạch đa hài tự kích dùng IC 555
3.1. Phân tích mạch điện

Khối phát xung chủ đạo có nhiệm vụ phát ra một dãy xung vuông liên tục
cung cấp cho khối đếm. Yêu cầu đặt ra đối với khối này là dãy xung vuông
được tạo ra có tần số thay đổi được để từ đó có thể thay đổi được tốc độ hiển
thị. Hình 3.1 là sơ đồ nguyên lý của một mạch phát xung chủ đạo đáp ứng được
các yêu cầu trên.
18
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung chuẩn dùng IC 555
Vi mạch 555 là loại vi mạch được dùng để phát xung vuông chuyên dụng.
Muốn tạo ra được dẫy xung liên tục người ta tiến hành ghép vi mạch này với tụ
điện và điện trở như hình vẽ. Để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của phát xung
của vi mạch 555 ta quan sát sơ đồ trải của vi mạch 555 hình 3.2.
19
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
Hình 3.2: Sơ đồ trải của 555 trong mạch phát xung chủ đạo.
Phần được đóng khung bằng nét đứt là vi mạch 555, nó có cấu tạo cơ bản từ
2 phần tử khuếch đại thuật toán OA1, OA2 và 1 Trigơ R-S. Trong đó hai
khuếch đại thuật toán được mắc theo kiểu mạch so sánh có điện áp ngưỡng

làm cho điện áp trên nó giảm dần. Đầu ra của mạch phát xung không có xung ra
(mức logic “0”).
+Khi
3
Ucc2
U
3
Ucc
C
<<
thì đầu ra của OA
1
và OA
2
đều có mức logic “0”
trigơ vẫn giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0), T vẫn mở, tụ C tiếp tục phóng
điện, điện áp trên nó tiếp tục giảm, xung ra ở mức logic “0”.
+ Đến thời điểm t
1

3
Ucc
U
C
≤
, đầu ra OA
2
có mức logic “1”, còn đầu ra
OA
1

+ Trong khoảng thời gian điện áp trên tụ thoả mãn:
3
Ucc
U
3
Ucc
2
C
≥>
các
đầu ra bộ so sánh đều nhận trị “0”, trigơ giữ nguyên trạng thái (R = 0, S = 0),
xung ra vẫn tồn tại ở mức logic “1”, T vẫn khóa tụ C tiếp tục được nạp điện.
+ Cho đến thời điểm t
2
, U
C
≥ 2U
CC
/3 đầu ra của OA
1
chuyển trạng thái
lên mức logic “1”, đầu ra của OA
2
vẫn giữ nguyên trạng thái, 1 nhận trị “1” (R
=1, S = 0), xung ra nhận mức logic “0” đồng thời T thông bão hoà, tụ C phóng
điện, hoạt động của mạch lặp lại như quá trình từ 0 ÷t
1
. Kết quả là ta thu được
một dẫy xung vuông ở đầu ra trên chân 3 của vi mạch 555.
3.3. Các thông số cơ bản đáp ứng các yêu cầu cho trước

C).RR(
tn
CCCC
BABA
e1.Ue.
3
U
3
U2
.
Đơn giản phương trình ta được :
22
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
3
U
e.
3
Ucc
2
CC
C).RR(
tn
BA
=
+
−
Ln hai vế:

.C).RR.(69,02ln.C).RR(t
BABAn

U
−
=
.
Với t
p
là hằng số thời gian phóng của tụ C.

.C.R.69,02ln.C.Rt
BBp
≈=
Chu kỳ T của dãy xung ra:
T = t
n
+ t
p
= 0,69(R
A
+ R
B
).C + 0,69R
B
.C = 0,69(R
A
+ 2R
B
).C.
Nếu mắc thêm điôt D song song với điện trở R
B
như hình vẽ thì tụ C sẽ nạp

n
= 2.t
p
= 2.0,69. R
A
.C = 1,4.R
A
.C.
Trong trường hợp này xung ra có độ rộng và khoảng thời gian không tồn tại
xung là bằng nhau. Nhìn vào biểu thức ta thấy khi muốn thay đổi chu kỳ T của
23
Nghiên cứu khai thác đặc điểm và ứng ứng dụng về các mạch đa hài
xung ra ta có thể thực hiện bằng 2 cách là thay đổi dung lượng của tụ C hoặc
thay đổi giá trị của điện trở R
A
, và R
B
. Trên hình 5 để có thể thay đổi được T ta
điều chỉnh hai biến trở WR
1
và WR
2
, đây là hai biến trở đồng trục mà khi ta
tăng thì chúng cùng tăng còn khi ta giảm thì chúng cùng giảm nên WR
1
= WR
2
= WR. Với mạch như hình 3.1 công thức tính chu kỳ của xung ra như sau:
T = 2.0,69.(WR+R
1

Khi f
2
= 1500Hz → T
2
=1/f
2
=6,67.
4
10
−
(s)
⇒
R + WR
1
=
4
7
6,67.10
4,76
1,4.10
k
−
−
=
Ω
Chọn R = 1,43kΩ và WR
1
= 70kΩ, WR
2
= 3,33kΩ

27