Giáo trình Thực tập Kỹ thuật số - Bài 11: Đa hài (Multivibrator)

 là điện áp đo giữa 
hai đỉnh của xung
1MHz / 5Vpp
1nF
1MHz
220 220
680680
100KHZ
+
22p
R1
2k
RB
1k
RA
1k
RL
10k
+ C1
.01uF
+ CT
.1uF
1Gnd2Trg3Out4Rst 5Ctl
6Thr
7Dis
8Vcc
555
+12V
.IC
Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
Dis
Vcc
555
 151
GND : Đất Control Voltage : điện áp điều khiển 
Trigger : kích thích Threshold : ng−ỡng 
Output : đầu ra Discharge : phóng điện 
Reset : Xoá +VCC : nguồn d−ơng 
Hình d−ới đây trình bày cấu trúc rút gọn của 555 và một số linh kiện lắp 
thêm ở mạch ngoài (C, R1, R2). ở đây cần l−u ý các trạng thái của mạch so sánh, 
trigơ RS, transistor và cửa đảo ở đầu ra. Khi đóng nguồn điện 5v tụ C đ−ợc nạp 
điện qua R1R2. Coi rằng mạch đã hoạt động ổn định. Khi VC (điện áp ở tụ điện C) 
đạt đến giá trị 2VCC/3 (nói chính xác v−ợt 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 R2 xuống đất. Xung ở đầu ra từ logic “1” giảm xuống “0” nhờ cửa đảo. 
Khi điện áp VC giảm đến giá trị VCC/3 (chính xác là d−ới giá trị này một chút) thì 
mạch so sánh 1 làm việc và lối ra R = 1, S = 0, Q = 0, transistor cấm, tụ C tích 
điện trở lại. Đ−ờng tích điện từ +VCC qua R1 và R2. Xung ở đầu ra (Output) từ 
mức logic “0” tăng vọt lên mức logic “1” nhờ cửa đảo. 
 Nh− vậy tụ điện C diễn đi diễn lại quá trình tích phóng và điện áp VC nằm 
trong khoảng 
3
CCV và 
3
2 CCV ; ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ <<
3
2
3
CC
C
CC VVV . 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 VC v−ợt ranh giới 3
CCV và 
3
2 CCV . Tuy vậy thời gian này cũng đủ để 
trigơ RS chuyển trạng thái. Quá trình hoạt động trên đ−ợc mô tả bằng giản đồ 
xung trên hình sau 
 152
Các công thức cơ bản: 
 - Thời gian tích điện : ( )CRRttd 21685,0 += 
- Thời gian phóng điện : CRt pd 2685,0= 
- Chu kỳ xung : ( )CRRT 21 2685,0 += 
- Tần số dao động : ( )CRRf 21 2
46,1
+= 
- Giới hạn linh kiện : ( ) Ω<<Ω MRRK 3,1 21 
 500pF < C < hàng nghìn Fà 
2. Đa hài một trạng thái cân bằng (Monostable / One shot Multivibrator). 
a) Đa hài một trạng thái cân bằng xây dựng từ hai cửa không và. 
OUT
IN
C
R
 153
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 tr−ớc nghĩa là VC 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 Vout chuyển trạng thái 
từ 1 → 0. Khi VC giảm đến điện thế ng−ỡng, Vng của NAND 2, Vout lấp tức chuyển 
trạng thái từ 0 → 1 để kết thúc một xung ngắn hạn. Nếu cửa NAND thuộc hộ 
TTL thì R < 500Ω . Mạch điện nh− trên đ−ợc 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 Vin với bề rộng không đủ lớn, nghĩa là Vin từ 1 → 0 trong khi VC 
ch−a đạt đến Vng thì điện áp ra Vout sẽ quay trở lại trạng thái đầu sớm hơn. Lúc 
này đầu vào và đầu ra hoạt động gần nh− đồng bộ. 
b) Đa hài một trạng thái cân bằng xây dựng từ vi mạch thời gian 555 
R2 and C1 control the delay.
Negative Edge Triggered 
555 Mono-stable Circuit
20 Hz
V2
12/0V
AB
.IC
CMD1
0V
V1
12V
UA555
Gnd
Trg
Out
Rst Ctl
Thr
Dis
Vcc
U1
C1
1uF
C2
0.1uF
R1
10k
R2
27k
 154
C1 = 0,01 Fà (tuỳ ý có hay không cũng đ−ợc) 
Một xung âm, đơn, ngắn hạn tác dụng ở đầu vào sẽ cho một xung d−ơng, 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”) đ−ợc tính theo công thức gần đúng sau: 
 RCt 7,0≈ 
L−u ý rằng khi đã xuất hiện sự nhẩy bậc của xung ở đầu ra (từ 0 → 1) thì 
thời gian kéo dài xung tuỳ thuộc vào hằng số thời gian RC. Trong thời gian này 
nếu tác dụng xung vào thì cũng không ảnh h−ởng gì đến xung ra. Bề rộng xung 
đơn ở đầu vào phải chọn sao cho nhỏ hơn bề rộng xung ra. 
c) Đa hài một trạng thái cân bằng xây dựng từ vi mạch 74121, 74221 
Hình sau là giản đồ chân nối, bảng chân lý của 74121. Mạch đ−ợc nối để 
74121 phát một xung đơn khi có xung kích thích ở đầu vào (ứng với hàng thứ 6 
trong bảng chân lý). 
Input 
BAA 21 
Output 
Q 
0 x 1 
x 0 1 
x x 0 
1 1 x 
1 1 
 1 1 
 1 
0 x 
x 0 
0 
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
B
14
Vcc
11Rext/Cext
10Cext
3A1
7
GND
1/Q
6Q
 155
Thời gian kéo dài xung (duration time) hay bề rộng xung (width) đ−ợc tính 
theo công thức d−ới đây: 
 RC,t 70≈ 
Trong thực tế thì 
⎩⎨
⎧
<<
à<<
KRK
FCpF
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 đ−ợc 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/21smax , 74LS221 → 23mw/70smax). Hình sau là sơ đồ 
chân nối và bảng chân lý của 74LS221. L−u ý rằng sơ đồ chân nối và bảng chân lý 
này cũng có thể sử dụng đ−ợc cho đa hài 74LS123. Bề rộng xung đ−ợc 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 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 
 03 Cổng NAND 2 lối vào [Digital Basic/Gates/2-in NAND] (5) 
 02 Trigơ JK loại 74LS112 [Digital by Number/741xx/74112 1/2} 
 02 Điện trở 220 [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 
 02 Tụ điện 30p [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 
 01 Tụ điện 1n [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 
 01 Điện trở 4,7K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 
 01 Thạch anh 4Mhz [Crystals/Standard/Crystal] 
 01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V] (1) 
Chú ý: 
 [ ] Đ−ờng dẫn để lấy linh kiện trong th− viện 
 ( ) Ký hiệu phím tắt 
B−ớc 2: 
- Sau khi vẽ xong mạch, bạn vào mục Simulation trên thanh Menu, 
chọn chế độ Analog Mode,sau đó vào mục Analyses Setup [F8] để 
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 
74LS08
74LS0874LS08
74LS11274LS112
33p
33p
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 đ−ợc trên mà hình dao động ký . 
2. Xây dựng mạch phát xung nhịp từ IC 555 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh− hình trên bằng cách sử dụng: 
 02 Điện trở 2K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 
 01 Tụ điện 0.1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 
 01 IC 555 [Timers/Timers/555] 
 01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V] (1) 
 01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC] (I) 
B−ớc 2: 
a. Sau khi vẽ xong mạch, bạn vào mục Simulation trên thanh Menu, 
chọn chế độ Analog Mode,sau đó vào mục Analyses Setup [F8] để 
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 
Out
+ C
.1uF
1 Gnd2 Trg3 Out4 Rst 5Ctl
6Thr
7Dis
8Vcc
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 đ−ợc 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, t−ơng tự ở 
mục còn lại bạn chọn Frequency 1..2, sau đó dịch chuột trên dao 
động ký đúng một chu kỳ, nhìn phía d−ới mục Frequency 1..2 bạn sẽ 
xác định đ−ợc 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 
ƒ Sơ đồ thí nghiệm: 
ƒ Các b−ớc tiến hành thí nghiệm: 
B−ớc1: 
 Thực hiện vẽ mạch nh hình trên bằng cách sử dụng: 
01 Điện trở 27K [Genneral/Resitors/Resitor] (r) 
 01 Tụ điện 1uF [Genneral/Capacitors/Capacitor] (c) 
 01 IC 555 [Timers/Timers/555] 
 01 Logic Source +5V[Sources/Linear/+V] (1) 
 01 Spice Controll[Spice Controlls /Initial Condition/IC] (I) 
 01 Logic Source +5V [Sources/Linear/+V] (1) 
 01 Logic Source +12V [Sources/Linear/+V] (1) 
 01 Square Generator[Instrusment/Analog/Signal Gen] 
B−ớc 2: 
 Sau khi vẽ xong mạch, bạn vào mục Simulation trên thanh Menu, 
chọn chế độ Analog Mode,sau đó vào mục Analyses Setup [F8] để 
out
In
20 Hz
V2
5/0V .IC
CMD1
0V
V1
12V
UA555
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 t−ợng này ? 
 160
C. Phụ lục 
Giới thiệu DataSheet các hãng sản xuất IC trên thế giới của một số IC thông 
dụng sử dụng trong bài thực hành. 
1. Bộ định thời gian (Timer) 
Tên IC: 555 
 161
 162
2. Bộ dao động một trạng thái cân bằng đầu vào trigơ Smit 
 (Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs) 
Tên IC: 74x121 (TTL) 
3. Bộ dao động một trạng thái cân bằng đầu vào trigơ Smit 
 (Dual Monostable Multivibrator with Schmitt Trigger Inputs) 
Tên IC: 74x221 (TTL)