Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Thiết kế m«t¬ Quay xuôi và ngược
Chỉ tiêu thiết kế:
- Góc quay mỗi bước 15
0
- Điện áp m«t¬ một chiều 6V
- Dòng điện m«t¬ 150 mA
- Tốc độ quay của m«t¬ là 6000 vòng/phút
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 1 -
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Mục lục
Chỉ tiêu đề tài 1
Phần I: Thiết lập sơ đồ khối và nguyên lý làm việc 3
I.Sơ đồ khối 3
1.Chức năng các khối 3
2.Nguyên lý làm việc của cả hệ thống 4
II. Sơ đồ các khối và nguyên lý làm việc 4
1.Mạch tạo xung quay thuận, tạo xung quay ngược 4
a. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung quay thuận, ngược 4
b. Hoạt động của mạch tạo xung quay 5
2. Mạch tạo thời gian quay thuận, tạo thời gian quay ngược 6
a. Sơ đồ tạo thời gian quay thuận, tạo thời gian quay ngược 6
b. Hoạt động của mạch tạo thời gian bước quay 7
3. Mạch quay thuận ngược 9
a. Sơ đồ nguyên lý mạch quay thuận ngược 9
b. Hoạt động của mạch quay thuận nghịch 9
4. Hoạt động của mạch điều khiển M«t¬ quay ngược xuôi 10
Phần II: Các bước tính toán chi tiết 12
1. Mạch
quay thuận ngược 12
2. Mạch

tạo độ rộng xung 13
3. Mạch
tạo xung kích 14
4. Sơ đồ
nguyên lý chi tiết 15
Phần III: Thực nghiệm 16
1. Sơ đồ
mạch in 16
2. Sơ đồ
bố trí chân linh kiện 16
3. Chon
chi tiêu thực nghiệm 17
4.Đánh giá kết quả thực nghiệm 17
5.Kết luận 17
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 2 -
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Phần I: Thiết lập sơ đồ khối và nguyên lý làm việc
I.Sơ đồ khối
Thiết kế bộ quay M«t¬ ngược xuôi theo bước, mỗi bước 15
0
được thực hiện
bởi một xung kích hoặc một nút bấm.
+ Phần chung: mạch quay thuận ngược.
+ Phần riêng: mạch điều khiển tạo xung quay thuận ( ngược ) và mạch tạo thời
gian quay thuận ngược.
Từ đó ta có sơ đồ khối mạch cần thực hiện nh sau:
1. Chức năng các khối
+ Mạch tạo xung quay thuận: tạo ra một xung dương hẹp khi kích vào để đưa
vào mạch tạo thời gian quay thuận.
+ Mạch tạo xung quay ngược: tạo ra một xung dương hẹp khi kích vào để đưa

vào mạch tạo thời gian quay ngược.
+ Mạch tạo thời gian quay thuận: tạo ra một xung dương có độ rộng τ
x
đúng
bằng thời gian của một bước quay thuận cho trước để đưa vào mạch quay thuận
ngược.
+ Mạch tạo thời gian quay ngược: tạo ra một xung dương có độ rộng τ
x
đúng
bằng thời gian của một bước quay ngược cho trước để đưa vào mạch quay thuận
ngược.
+ Mạch quay thuận ngược: cung cấp đủ điện áp và dòng điện ( đảm bảo đủ
công suất ) cho m«t¬ quay thuận ( hoặc quay ngược ) khi có xung dương với độ
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 3 -
Tạo xung
quay thuận
Tạo thời gian
quay thuận
Khuếch
đại và
điều
khiển
M«t¬
quay
thuận
nghịch
M
Tạo xung
quay ngược
Tạo thời gian

quay ngược
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
rộng τ
x
từ mạch tạo xung quay thuận ( hoặc từ mạch tạo xung quay ngược ) đưa
đến mạch quay thuận ngược.
2. Nguyên lý làm việc của cả hệ thống
Giả sử ban đầu chưa bấm nút K1 hoặc K2 thì không có xung kích để đến hai
mạch: tạo thời gian quay thuận và tạo thời gian quay ngược. Do đó sẽ không có
xung đưa đến mạch quay thuận ngược để cung cấp điện áp cho M«t¬ nên M«t¬
không làm việc.
Khi bấm một nút, giả sử bấm K1 thì ở đầu ra của mạch quay thuận xuất hiện
một xung hẹp đưa vào mạch tạo thời gian quay thuận. Đầu ra của mạch thời gian
quay thuận có một xung dương có mức điện áp xấp xỉ với nguồn cấp +E
c
= +9V,
với độ rộng xung bằng τ
x
. Đây chính là xung điều khiển để cấp nguồn điện áp cho
M«t¬ quay thuận trong khoảng thời gian τ
x
tương ứng với một bước quay thuận.
Khi kết thúc xung điều khiển quay thuận thì mức điện áp trên M«t¬ bằng 0 và nó
sẽ ngừng quay. Tương tự, với trường hợp bấm K2 ta sẽ điều khiển được M«t¬ quay
một bước theo chiều ngược lại trong thời gian τ
x
.
II. sơ đồ các khối và nguyên lý làm việc
1. Mạch tạo xung quay thuận, mạch tạo xung quay ngược
Về mặt nguyên tắc thì mạch tạo xung quay thuận hay quay ngược đều nh nhau

nên ta chỉ xét một trường hợp xung quay thuận.
Nói chung để tạo ra một xung hẹp trong thời gian bấm nút có nhiều phương
pháp thực hiện như : dùng trực tiếp các công tắc kiểu chạm theo nguyên lý tiếp xúc
cơ khí hoặc dùng kết hợp với các cổng l«gic theo kiểu Trig¬-RS để tạo ra xung
kích một cách gián tiếp. Việc tạo xung trực tiếp theo kiểu tiếp xúc cơ khí thì độ ổn
định không cao, có thể mạch tạo thời gian quay thuận không đáp ứng kịp với các
xung
của đầu vào. Cho nên ở đây ta lựa chọn phương án tạo xung kích một cách gián
tiếp qua Trig¬-RS. Khi có sự thay đổi trạng thái ở đầu vào R-S tại thời điểm bấm
nút, sẽ
tạo ra trên đầu ra của mạch Trig¬-RS một xung hẹp có độ rộng đủ để mạch tạo thời
gian quay thuận làm việc (điều này đạt được là do tính chất trễ giữa các cổng
l«gic). Sơ đồ này được trình bày như hình dưới đây:
a. Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung quay thuận
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 4 -
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Mạch tạo xung quay thuận
Mạch tạo xung quay ngược
Trong đó:
- R1, R2, R3, R4 có tác dụng phân áp cho đầu vào các cổng NAND.
- Hai cổng NAND tạo chuyển trạng thái đầu ra khi có xung kích.
Đầu ra Q của Trig¬-RS có giá trị theo bảng chân lý cho ở dưới
S R Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 0
1 0 1
1 1 Tổ hợp cấm
Theo bảng chân lý thì khi :

S = 1 và R= 0 thì Q = 0
S = 0 và R= 1 thì Q = 0
Với sơ đồ mạch điện nh trên hình vẽ thì tổ hợp S và R chỉ xảy ra với 2 trường
hợp sau:
S = 1, R = 0 làm cho Q = 1
S = 0, R = 1 làm cho Q = 0
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 5 -
U1B
CD4011
4
5
6
R1
1
U1A
CD4011
3
1
2
K1
+ 9V
R2
2
Đến khối tạo
thời gian
quét thuận
+ 9V
K2
U1D
CD4011

11
13
12
R3
1
R4
2
U1C
CD4011
10
8
9
Đến khối
tạo thời
gian quét
ngược
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Nh vậy, đầu ra Q luôn bị đưa về mức “1” khi S =1, và đưa về mức “0” khi
R=0. (không rơi vào tổ hợp cấm R=1, S=1 và cũng không gặp phải tổ hợp S =R=
0).
b. Hoạt động của mạch tạo xung quay
Bình thường nút K1 đóng tại tiếp điểm 1 tương ứng với trạng thái đầu vào S
=0 và R = 1, do đó theo bảng chân lý thì trạng thái đầu ra là Q =0. Khi có xung
bấm, nút K1 đóng sang tiếp điểm 2 trong khoảng thời gian bấm nút. Điều đó làm
cho S và R lật sang trạng thái mới S =1 và R= 0, kéo theo Q =1, tức tại đầu ra Q có
một xung hẹp trong thời gian kích rất ngắn.
Sau khi kết thúc quá trình bấm nút, tiếp điểm của nút K1 sẽ trở về trạng thái
bền ban đầu là S =0 và R=1 và đầu ra là Q=0. Nh vậy, mỗi khi bấm nút K1 thì tại
đầu ra Q có một xung hẹp ( nh hình vẽ ).
Đối với mạch tạo cung quay ngược cũng hoạt động tương tự theo nguyên lý

trên, mỗi khi bấm vào nút K2.
2. Mạch tạo thời gian quay thuận, tạo thời gian quay ngược
Do yêu cầu của khối tạo thời gian quay thuận hoặc quay ngược là: mỗi khi có
xung kích ở đầu vào thì sẽ tạo ra một xung dương ở đầu ra có độ rộng τ
x
cho trước.
Cho nên ở đây cần phải sử dụng một mạch dao động đa hài đơn ổn ( thực chất là
mạch đa hài đợi). Có nhiều cách tạo ra mạch đa hài làm việc ở chế độ đơn ổn nh sử
dụng 2 khoá Transistor hoặc mạch dùng các khoá là các phần tử phóng nạp RC.
Đối với các khoá là Transistor thì thường hoạt động không ổn định với trường hợp
yêu cầu tốc độ chuyển đổi cao. Do vậy, nên sử dụng các khoá là các phần tử l«gic.
Cụ thể trong trường hợp này phương án lựa chọn hợp lý là dùng hai khoá NOR để
nâng cao độ tin cậy trong quá trình chuyển đổi các mức l«gic khi mạch dao động
đa hài đơn ổn làm việc. Trên cơ sở đó xây dựng sơ đồ nguyên lý nh hình vẽ sau:
a. Sơ đồ tạo thời gian quay thuận ngược

Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 6 -
C1
U2A
CD4001
1
2
3
+ 9V
R5
R
U10
D1
U20
VR1

U1i
U2B
CD4001
5
6
4
U2i
Từ khối
tạo xung
quay
thuận
Đến khối
quay
thuận
nghịch
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Mạch tạo thời gian quay thuận
Mạch tạo thời gian quay ngược
b. Hoạt động của mạch tạo thời gian quay thuận ngược
ở trạng thái ổn định, đầu vào của cổng U2B sẽ ở mức l«gic “ 1 “, nghĩa là
U
2i
=E
c
=+9V (bởi vì các cổng CMOS có dòng đầu vào không đáng kể). Đầu ra U
20
xấp xỉ 0V tức ở mức l«gic “ 0 “. Sự khởi động đầu vào để bắt đầu trạng thái ổn
định được đặt vào đầu vào 1 của G1. Với cả 2 đầu vào là U
1i
và U

20
đều ở mức
l«gic “0”, thì đầu ra U
1i
của U2A sẽ ở mức l«gic “1”, nghĩa là ứng với mức điện áp
nguồn cấp E
c
=+9V, vì vậy tô C được nạp ban đầu.
Nếu bây giờ ta đặt một xung dương ngắn có biên độ cỡ l«gic “1” vào U
1i
thì
sau một thời gian trễ, U
10
sẽ đột ngột tụt xuống mức l«gic “0” như trên hình vẽ và
sự sụt đột ngột này được truyền đến đầu vào U
2i
của cổng U2B gây nên sự chuyển
đổi mức l«gic ở đầu ra U2B, tức U
20
= E
c
. Do đó tại đầu vào của U2A có mức l«gic
“1”
ổn định, đồng thời đầu ra của nó sẽ ở mức l«gic “0” không phụ thuộc vào xung
kích ban đầu. Tuy nhiên ta phải giả thiết rằng tổng thời gian trễ trên hai cổng U2A
và U2B nhỏ hơn độ rộng xung dương được kích ban đầu.
Lúc đầu, ở trạng thái ổn định, dòng qua R bằng 0 và điện áp đặt lên cũng
bằng 0. Cho đến khi bắt đầu trạng thái tựa ổn định ( U
1i
và U

20
sụt xuống 0V thì sẽ
có dòng điện chảy qua R, qua C đi về đất ( là đầu ra của U2A)). Do dòng điện này
mà điện áp trên tô C được nạp lớn dần lên với má dương ở phía bên đầu vào của
G2 hay U
2i
tăng dần lên theo quy luật hàm mò. Quá trình nạp được kéo dài trong
thời gian τ
x
giây, đồng thời U
20
có giá trị +9V cho đến khi U
2i
có giá trị U
ngìng
đủ để
U2B có thể chuyển đổi mức l«gic từ mức “0” sang mức “1”, làm cho đầu ra G2 có
mức “0”, dẫn đến U
10
= E
c
và U
2i
= E
c
+ U
ngìng
. trong thời gian từ t
2
÷ t

4
giây, tô C sẽ
phóng các điện tích mà nó đã tích được qua R (hoặc qua R
D
khi có Diot) về hướng
nguồn.
Nếu có Diot mắc song song với R thì thời gian phóng của tô C sẽ giảm đi rất
nhiều, khi đó các điện tích phóng qua R
D
( do điện trở này có giá trị cỡ nhỏ vài Ohm
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 7 -
C2
+ 9V
U2D
CD4001
13
12
11
D2R6
VR2
U2C
CD4001
8
9
10
Từ khối tạo
xung quay
ngược
Đến khối
quay thuận

nghịch
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
đến vài chục Ohm) tạo điều kiện cho mạch chuyển nhanh về trạng thái ổn định ban
đầu để có thể tiếp tục một chu kỳ cho xung kích mới. Điều này được thể hiện bằng
hai đường phóng ứng với trường hợp có D và không có D trên hình vẽ: đường
phóng đứt nét ứng với trường hợp không có D và đường phóng liền nét ứng với
trường hợp có D.
Giá trị của τ
x
phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố như +E
c
, U
ngìng
, R nhưng ta
có thể lấy xấp xỉ: τ
x
=R.C. Trong thực tế giá trị U
ngìng

có thể thay đổi theo các cổng
khác nhau và nằm ở bất kì đâu trong dải từ 30% đến 70% điện áp nguồn cấp +E
c
và
Diot D được mắc song song với nguồn cấp ở bên trong đầu vào mỗi cổng vi mạch
CMOS.
Nh vậy, quá trình tạo độ rộng xung được bắt đầu từ trạng thái ổn định bền rồi
chuyển sang trạng thái tựa ổn định và sau đó quay lại trạng thái ổn định ban đầu.
Sau một chu kỳ sẽ tạo ra một xung dương tại đầu vào của cổng U2B. Xung này
có độ rộng theo yêu cầu, tuỳ thuộc vào việc ta điều chỉnh giá trị của R và C, thường
thì R chọn với giá trị cỡ vài trăm KΩ nếu không sẽ hoàn toàn không có ý nghĩa do

điện trở vào của các cổng CMOS rất lớn cỡ xấp xỉ theo công thức: τ
x
≅RC.
Đồ thị các mức điện áp trên mạch tạo thời gian quay thuận ngược
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 8 -
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Trong đó:
U
1i
: điện áp vào mạch tạo độ rộng xung
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 9 -
t
t
t
t
+9V
+9V
Ung
τn τp
Tx
U6
U5
U4
+9V
+9V
U3
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
U
10
: điện áp ra của cổng U2A

U
2i
: điện áp vào của cổng U2B
U
20
: điện áp ra của cổng U2B
R, C : tạo độ rộng xung trong quá trình phóng nạp
D : Diot giảm thời gian hồi phục của tô C
3. Mạch quay thuận ngược
Để đáp ứng được yêu cầu trình bày ban đầu trong khối quay thuận ngược, mạch
quay thuận ngược phải sử dụng các khoá điện tử để điều khiển quá trình thông tắt
khi có xung điều khiển quay thuận hoặc quay ngược đưa đến. Các khoá này cần có
khả năng cung cấp đủ công suất cho M«t¬ quay trong quá trình xuất hiện xung
điều khiển quay. Do vậy đối với khối này việc sử dụng các Transistor làm các khoá
đóng mở hoạt động ở chế độ tắt và thông bão hoà sẽ hợp lý cho việc điều khiển
M«t¬ quay. Với các khoá lắp ráp theo dạng Dalington kiểu bù (dùng một cặp
Transistor loại NPN và PNP) để tận dụng một cách tối đa những ưu điểm của nó
như : có khả năng cung cấp một công suất ra lớn, có hệ số khuếch đại dòng lớn và
điều khiển các khoá đóng mở nhanh hơn. Sơ đồ mạch điện được xây dựng như
hình sau:
a. Sơ đồ nguyên lý của mạch quay thuận ngược
b. Hoạt động của mạch quay thuận ngược
Bình thường ở trạng thái ổn định, khi không có xung đưa đến hai đầu quay
thuận ngược thì điện áp trên các cực baz¬ của các đèn T1, T3, T6 và T8 đều bằng
0. Tức là điện áp U
bc
đặt lên T1 và T5 đều xấp xỉ mức nguồn cấp, lớn hơn U
bcmax
,
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 10

-
T3
A564
R17
R
M
MOTOR DC
T6
C828
R19
R
R7
R
R15
R
R9
R
R13
R
T4
D468
R14
R
R11
R
T7
B562
R18
R
T2

D468
T1
A564
+ 9V
R10
R
T5
B562
R12
R
R16
R
R8
R
T8
C828
Từ khối
tạo thời
gian quét
thuận
Từ khối tạo
thời gian
quét ngược
M
N
A
B
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
làm cho hai đèn này trong tình trạng thông bão hoà. Dẫn đến T2 và T4 cũng mở
thông bão hoà, làm cho thế trên mỗi cực M«t¬ là bằng 0. Còn hai đèn T6 và T8 do

U
be
=0 nên bị khoá lại và dẫn đến T5 và T7 cũng bị khoá.
Khi có một xung dương với độ rộng τ
x
biên độ cỡ 9V được đưa đến đầu vào,
giả sử vào T1, làm cho U
be
của T1 sụt xuống mức 0 và cũng bị khoá nên T2 cũng bị
khoá. Đồng thời T6 sẽ thông bão hoà làm cho T5 cũng thông bão hoà. Nh vậy, điện
áp trên mỗi cực của M«t¬ bị sụt xuống 0V, còn hai cặp đèn T4-T7 và T3-T8 vẫn có
các trạng thái nh ban đầu, tức chóng tạo ra trên các cực còn lại của M«t¬ mức điện
áp +9V. Trên hai cực của M«t¬ lúc này có sự chênh lệch về điện áp: cực ở phía
xung kích quay thuận có thế là 0V, còn cực không có xung kích có mức điện áp cỡ
xấp xỉ +3V. Và do vậy M«t¬ đã được cấp điện áp quay thuận đúng với điện áp
định mức của nó. Để đạt được dòng qua M«t¬ theo yêu cầu 450mA thì các điện trở
R11 và R15 phải được chọn sao cho chóng có thể tạo được dòng bão hoà đủ để cấp
cho M«t¬ sau khi qua T6 và T5 được khuyÕch đại lên 2 lần. Vậy trong quá trình
quay thuận của M«t¬ thì chỉ có các cặp đèn T5-T6 và T3-T4 cùng các điện trở
R11, R12, R14 và R15 tham gia quá trình phân áp và tạo dòng bão hoà cấp cho
M«t¬ quay thuận trong thời gian τ
x
. Hoàn toàn tương tự, đối với trường hợp có
xung quay ngược đưa đến cực baz¬ của T6 thì các cặp đèn T1-T2 và T7-T8 cùng
các điện trở R7-R19 tham gia quá trình tạo dòng bão hoà cung cấp cho M«t¬ làm
cho nó quay ngược trong một khoảng thời gian τ
x
.
ở đây các điện trở R7, R11, R15 và R19 đóng vai trò tạo dòng bão hoà và các
Transistor tác dụng nh những khoá điện tử để cung cấp đủ công suất cho M«t¬ làm

việc trong mỗi chu kì điều khiển quay thuận và ngược.
4.Hoạt động của mạch điều khiển M«t¬ quay ngược xuôi
Theo sơ đồ trên, bình thường khi chưa có xung bấm kích vào các nút K1 hoặc
K2 thì trên các điểm A, B có mức l«gic “0”, làm cho tại M và N cũng có mức l«gic
“0”. Trên hai cực của M«t¬ không có điện áp rơi. Thế tại M bằng thế tại N nên
M«t¬ không quay. Trạng thái này được giữ nguyên cho đến khi ta ấn nút K.
Khi ấn nút quay thuận thì trên A xuất hiện một xung rất hẹp có mức l«gic “1”
đưa tới đầu vào cổng NOR của mạch tạo độ rộng xung. Sau quá trình nạp và phóng
của tô C tín hiệu được đưa tới cổng NOR tiếp tục tạo ra mức l«gic “1” ở trên đầu ra
M của cổng NOR này trong thời gian τ
x
mà tô C nạp. Như đã trình bày ở trên, khi
E có một xung dương có biên độ xấp xỉ nguồn cấp (+9V) thì mạch thuận ngược sẽ
cấp điện áp và dòng điện cho M«t¬ quay thuận trong suốt thời gian xuất hiện xung
tại E. Các giá trị linh kiện trên mạch được tính toán để cho M«t¬ quay một góc 5
0
mỗi khi bấm nút K1 hoặc K2 tạo xung điều khiển. Quá trình hoạt động tương tự
đối với trường hợp ta bấm nút quay ngược K2.
Từ sơ đồ nguyên lý các khối lắp ghép lại ta xây dựng được sơ đồ nguyên lý đầy
đủ nh hình vẽ:
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 11
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
D 1
D I O D E
T 7
B 5 6 2
R 9
R
R 1 3

R
T 2
D 4 6 8
T 1
A 5 6 4
R 1 2
R
R 1 6
R
U 1 A
C D 4 0 1 1
3
1
2
C 2
C A P N P
R 1 8
R
R 5
R
V R 2
U 2 D
C D 4 0 0 1
1 3
1 2
1 1
D 2
D I O D E
+ 9 V
R 1 0

R
U 1 B
C D 4 0 1 1
4
5
6
K 1
T 3
A 5 6 4
C 1
C A P N P
U 2 B
C D 4 0 0 1
5
6
4
+ 9 V
K 2
R 1 4
R
+ 9 V
V R 1
R 1 1
R
R 1 9
R
R 1 5
R
U 2 C
C D 4 0 0 1

8
9
1 0
R 2
R
T 6
C 8 2 8
R 1
R
R 6
R
U 1 C
C D 4 0 1 1
1 0
8
9
R 8
R
U 2 A
C D 4 0 0 1
1
2
3
R 1 7
R
R 4
R
R 7
R
M

M O T O R D C
+ 9 V
+ 9 V
T 8
C 8 2 8
R 3
R
U 1 D
C D 4 0 1 1
1 1
1 3
1 2
T 4
D 4 6 8
T 5
B 5 6 2
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 12
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Phần II: các bước tính toán chi tiết
Để có các chỉ tiêu kỹ thuật nh yêu cầu thiết kế thì quá trình tính toán cần phải
thực hiện theo một trình tự từ khối sau đến khối trước. Cụ thể là từ khối mạch quay
thuận ngược đến khối mạch tạo độ rộng xung và sau cùng là khối tạo xung quay
thuận ngược.
1. Mạch quay thuận ngược
Nh trong phần I, ta biết dòng bão hoà chạy qua M«t¬ được quyết định bởi các
điện trở R nối với các cực baz¬. Giả sử khi mạch được cấp nguồn +9V, M«t¬ quay
khi 2 đầu vào của mạch quay thuận ngược có giá trị ngược nhau 0,1 hoặc 1,0

T 3

A 5 6 4
R 1 7
R
M
M O T O R D C
T 6
C 8 2 8
R 1 9
R
1 ( 0 )
R 7
R
R 1 5
R
R 9
R
R 1 3
R
T 4
D 4 6 8
R 1 4
R
R 1 1
R
T 7
B 5 6 2
0 ( 1 )
R 1 8
R
T 2

D 4 6 8
T 1
A 5 6 4
+ 9 V
R 1 0
R
T 5
B 5 6 2
R 1 2
R
R 1 6
R
R 8
R
T 8
C 8 2 8
Khi 2 đầu vào tương ứng là 0,1 thì các transistor T1, T2, T7, T8 thông con T3, T4,
T5, T6 tắt
R13=
15.0
69 −
= 20 Ω
Căn cứ vào giá trị điện trở có trên thị trường ta chọn R13 = 10 Ω.
IeT2 = IM =150mA
IbT2 = IeT2/k =
50
150
= 3 mA
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 13
-

Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
R9 = 0,65/IbT2 =
003,0
65,0
= 216 Ω
Chọn R9 = 220Ω
IR9 =
220
65,0
= 2,95 mA
IcT1 = IR9 + IbT2 = 3 + 2,95 = 5,95 mA
IbT1 = IcT1/k =
50
95,5
= 0,12 mA
R8 = 0,65/IbT1 =
12,0
65,0
= 5,4 kΩ
Chọn R8 = 5,6 kΩ
IR8 =
6,5
65,0
= 0,12 mA
IR7 = IR8 + IbT1 = 0,12 + 0,12 = 0,24 mA
R7 =
24,0
65,09
−
= 35 kΩ

Chọn R7 = 33 kΩ
Do vai trò đối xứng nên các điện trở R7, R11, R15, R19 có cùng giá trị 33 KΩ.
các điện trở R8, R12, R14, R18 có cùng giá trị 5,6 KΩ.
các điện trở R9, R10, R16, R17 có cùng giá trị 220 Ω
Các đèn T1, T3, T6 và T8 có dòng: I
b
= 0,12A và I
c

= 5,95mA
Các đèn T2, T4, T5 và T7 có dòng: I
b

= 3A và I
e

= 150mA
Căn cứ vào sổ tay các chỉ tiêu kỹ thuật và các linh kiện có trên thị trường để lựa
chọn các đèn làm việc sao cho phù hợp với công suất của nó, nhằm tránh sự sai
hỏng trong quá trình làm việc. Các đèn T1, T3, T6 và T8 không yêu cầu chịu dòng
lớn nên chọn các đèn tương ứng loại A564

và C828 có công suất nhỏ được sử
dụng rộng rãi trên thị trường. Đối với T2, T4, T5 và T7 cần yêu cầu chịu dòng lớn
hơn ta sử dụng hai loại tương ứng với công suất vừa phải là D468 và B562.
2. Mạch tạo độ rộng xung (mạch tạo thời gian quay thuận ngược)
Nh trên ta đã biết, dòng vào mạch quay thuận nghịch chính là dòng ra của
mạch tạo dao động xung rất nhỏ và có mức l«gic “1” của cổng NOR xấp xỉ mức
nguồn cung cấp mỗi khi có một xung bấm.
Điều này có nghĩa là các cổng NOR có dòng ra rất nhỏ. Với đặc điểm đó có

thể lựa chọn các cổng NOR là các IC loại CMOS sẽ hợp lý. Bởi vì các IC CMOS
có dòng ra rất nhỏ với mức giới hạn từ 10mA đến 20mA, có khả năng chống nhiễu
cao, tiêu thụ ít năng lượng, ổn định với nhiệt độ môi trường. Đó là những ưu điểm
hơn hẳn cá IC loại TTL cùng chức năng. Với IC CMOS sử dụng loại 4001 chứa 4
cổng NOR trong một vi mạch.
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 14
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Độ rộng của xung do các linh kiện R, R
V
, R
D
và C quyết định và được tính
theo biểu thức: τ
x
= ( R + VR)C
Theo yêu cầu thiết kế ta có một bước của M«t¬ là 15
0
với tốc độ quay của
M«t¬ là 1000vòng/phút, hay bằng
10.60
360.6000
= 36
0
/ms. Khi đó độ rộng xung được
tính là:
τ
x
=
/ms

36
15
0
0
= 0,417 (ms)
Chọn C= 1(nF) ta có:
R+VR=
C
τ
=
10
10
.417,0
9
3
−
−
= 417 KΩ
Chọn R=330 KΩ; VR= 100 KΩ
Thời gian hồi phục: 3R
D
.C = 3.1.10
-9
. R
D
trong đó R
D
là điện trở thuận của
Diot khi phân cực thuận có giá trị cỡ vài Ohm đến vài chục Ohm cho nên thời gian
hồi phục của tô C là rất bé. Do đó thời gian để có thể thực hiện chu kỳ kích tiếp

theo bằng tổng độ rộng xung và thời gian hồi phục cũng sẽ rất bé.
3. Mạch tạo xung kích (mạch tạo xung quay thuận ngược)
Mỗi mạch quay thuận hoặc quay ngược đều gồm hai cổng NAND và hai điện
trở R nhằm làm thay đổi mức l«gic các đầu vào khi bấm nút. Các cổng NAND
dùng IC CMOS 4011 chứa 4 cổng NAND trong một vi mạch do những ưu điểm
nêu ở trên. Các điện trở R chọn giá trị 220 KΩ.
4. Sơ đồ mạch chi tiết
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 15
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 16
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
Phần III - Thực nghiệm
1. Sơ đồ mạch in:
2. Sơ đồ bố trí linh kiện:
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 17
-
Đồ án môn học thiết kế m¹chAnalog GVHD: Đinh Hữu Thanh
3. Chọn chỉ tiªuthùc nghiệm:
- Góc quay mỗi bước 13
0
- Điện áp m«t¬ một chiều 4,5V
- Dòng điện m«t¬ 300 mA
- Tốc độ quay của m«t¬ là 5000 vòng/phút
Để tiến hành thực nghiệm
Giá trị linh kiện lắp ráp:
R1 = R2 = R3 = R4 = 220K C1=C2=1nF
R5 = R6 = 330K T1, T3: A564
R7 = R11 = R15 = R19 = 15 K T2,T4: D468

R8 = R12 = R14 = R18 = 2,7 K
R9 = R10 = R16 = R17 = 220Ω
R13 = 10 Ω T5, T7: B562
VR1 = 100 K; VR2 = 100 K T6, T8: C828
4. Đánh giá kết quả thực nghiệm
Với sơ đồ mạch nh trên, chúng ta có thể điều khiển được động cơ bước một
chiều thuận ngược. Bằng cách thay đổi giá trị linh kiện thích hợp sẽ điều khiển
được động cơ với góc quay theo yêu cầu.
Hạn chế: Do M«t¬ thực tế có quán tính lớn nên không đáp ứng kịp với xung
kích quá nhỏ vì vậy sẽ không quay đúng với thông số thiết lập nếu ta đặt bước
quay quá nhỏ.
5. Kết luận
Qua việc hoàn thành bài tập này em có thể hiểu thêm về những vấn đề học trên
lớp về mạch khuếch đại công suet, về quá trình tích nạp của mạch RC và cách sử
dụng nã vào hệ thống định thời.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy giáo Đinh Hữu
Thanh đã giúp em hoàn thành được đồ án này. Nhưng do chưa có nhiều kinh
nghiệm thực tế nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong có sự
đóng góp ý kiến của thầy để chúng em ngày càng hoàn thiện hơn.
Thiết kế M«t¬ quay ngược và xuôi - 18
-