Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Đỗ Mạnh Hà

213 trang ngocly 3900

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Đỗ Mạnh Hà", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

bai_giang_co_so_do_luong_dien_tu_do_manh_ha.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Đỗ Mạnh Hà

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ Giảng viên: KS. Đỗ Mạnh Hà Điệnthoại/E-mail: 0913826568; dmhavn@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điệntử - Khoa KTDT1 Họckỳ/Nămbiênsoạn: Họckỳ 1/2009-2010
Sách tham khảo 1. Cơ sở kỹ thuật đo lường điệntử, Vũ Quý Điềm, nhà xuấtbản KHKT, 2001 2. Đo lường điện-vô tuyến điện, Vũ Như Giao và Bùi Văn Sáng, Họcviệnkỹ thuật quân sự, 1996 3. Electronic Test Instruments, Bob Witte, 2002 4. Radio Electronic Measurements, G.Mirsky, Mir Publishers, Moscow, 1978 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 2 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
NỘI DUNG ¾ CHƯƠNG 1. Giới thiệu chung về đo lường điện tử ¾ CHƯƠNG 2. Đánh giá sai số đo lường ¾ CHƯƠNG 3. Các cơ cấu chỉ thị trong máy đo ¾ CHƯƠNG 4. Máy hiện sóng ¾ CHƯƠNG 5. Đo tần số, khoảng thời gian và độ di pha ¾ CHƯƠNG 6. Đo dòng điện và điện áp ¾ CHƯƠNG 7. Đo công suất ¾ CHƯƠNG 8. Phân tích phổ ¾ CHƯƠNG 9. Đo các tham số của mạch điện GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 3 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử ¾ Định nghĩa ¾ Các phương pháp đo ¾ Phương tiện đo và các đặc tính cơ bản của phương tiện đo ¾ Phân loại các máy đo GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 4 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 1.1. Định nghĩa Đo lường: là khoa họcvề các phép đo, các phương pháp và các công cụđểđảmbảo các phương pháp đo đạt được độ chính xác mong muốn Đolường điệntử: là đolường mà trong đó đạilượng cần đo được chuyển đổi sang dạng tín hiệu điện mang thông tin đovàtínhiệu điện đó đượcxử lý và đolường bằng các dụng cụ và mạch điệntử. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 5 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 1.2. Các phương pháp đo 1. Phương pháp đo trựctiếp: dùng máy đo hay các mẫu đo (các chuẩn) để đánh giá số lượng của đại lượng cần đo. Kếtquảđo chính là trị số của đại lượng cần đo. X = a •VD: đo điệnápbằng vôn-mét, đo tầnsố bằng tầnsố-mét, đo công suấtbằng oát-mét, • Đặc điểm: đơn giản, nhanh chóng, loại bỏđượccácsai số do tính toán 2. Đo gián tiếp: kếtquảđo không phải là trị số của đại lượng cần đo, mà là các số liệucơ sởđểtính ra trị số của đại lượng này. X = F(a1,a2 , ,an ) •Vídụ: đo công suấtbằng vôn-mét và ampe-mét, đo hệ số sóng chạy bằng dây đo, • Đặc điểm: nhiều phép đo và thường không nhậnbiết ngay đượckết quảđo GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 6 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 3. Phương pháp đothống kê: thựchiện đo nhiềulầnmột đạilượng đo vớicùngthiếtbịđo và trong cùng điệnkiện đo, kếtquảđo đượctínhlà giá trị trung bình thống kê củacủacáclần đo đó. - Đặc điểm: cho phép loạitrừ các sai số ngẫu nhiên và thường dùng khi kiểmchuẩnthiếtbịđo. 4. Phương pháp đo tương quan: dùng để đo các quá trình phức tạp, khi không thể thiết lập một quan hệ hàm số nào giữa các đại lượng là các thông số của một quá trình nghiên cứu. VD: tín hiệu đầu vào và đầu ra của một hệ thống Thực hiện bằng cách xác định khoảng thời gian và kết quả của một số thuật toán có khả năng định được trị số của đại lượng thích hợp. Đặc điểm: cần ít nhất hai phép đo mà các thông số từ kết quả đo của chúng không phụ thuộc lẫn nhau. Độ chính xác được xác định bằng độ dài khoảng thời gian của quá trình xét. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 7 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 5. Các phương pháp đo khác: •Phương pháp đo thay thế: Phép đo đượctiến hành hai lần, mộtlần với đạilượng cần đovàmộtlầnvới đạilượng đomẫu. Điềuchỉnh để hai trường hợp đocókếtquả chỉ thị như nhau. •Phương pháp hiệu số: Phép đo đượctiến hành bằng cách đánh giá hiệusố trị số của đạilượng cần đovàđạilượng mẫu. (phương pháp vi sai, phương pháp chỉ thị không, phương pháp bù) •Phương pháp đo thẳng: kếtquảđo được định lượng trựctiếptrên thanh độ củathiếtbị chỉ thị. Tất nhiên sự khắc độ của các thang độ này đã đượclấychuẩntrướcvới đạilượng mẫu cùng loạivới đại lượng đo. •Phương pháp chỉ thị số: đạilượng cần được đo đượcbiến đổi thành tin tức là các xung rờirạc. Trị số của đạilượng cần đo được tính bằng số xung tương ứng này GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 8 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 1.3. Phương tiện đo và các đặc tính cơ bản 1. Phương tiện đo là phương tiệnkĩ thuật để thựchiện phép đo, chúng có những đặctínhđolường đã được qui định. -Phương tiện đo đơngiản: mẫu, thiếtbị so sánh, chuyển đổi đolường -Phương tiện đophứctạp: máy đo(dụng cụđo), thiếtbịđotổng hợpvàhệ thống thông tin đolường. + Mẫu: phương tiện đo dùng để sao lại đạilượng vậtlícógiátrị cho trướcvới độ chính xác cao. Chuẩn là mẫu có cấp chính xác cao nhất. Chuẩn là phương tiện đo đảmbảoviệcsaovàgiữđơnvị tiêu chuẩn. + Thiếtbị so sánh: phương tiện đo dùng để so sánh 2 đạilượng cùng loại để xem chúng “ = ”, “ > ”, “ < ” + Chuyển đổi đolường: phương tiện đodùngđể biến đổi tín hiệu thông tin đo lường về dạng thuậntiệnchoviệctruyềntiếp, biến đổitiếp, xử lí tiếpvàgiữ lại nhưng người quan sát không thể nhậnbiếttrựctiếp được(VD: bộ KĐ đolường; biến dòng, biếnápđolường; quang điệntrở, nhiệt điệntrở, ) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 9 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử + Dụng cụ đo: phương tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lường về dạng mà người quan sát có thể nhận biết trực tiếp được (VD: vônmét, ampe mét, ) Dụng cụđo Mức độ tự Dạng củatín Phương pháp Các đạilượng động hóa hiệu biến đổi đầuvào Dụng cụđo Dụng cụ Dụng cụ Dụng cụ Dụng cụđo Dụng cụđo Dụng cụ đobiến Dụng cụ không tự tựđộng tương tự đosố đobiến đodòng đotầnsố động đổithẳng đổicân điện bằng Hình 1.1 –Sơđồphân loạitổng quan thiếtbịđo + Thiếtbịđotổng hợp là các phương tiện đophứctạp, đanăng dùng để kiểmtra, kiểmchuẩnvàđolường các tham số phứctạp. + Hệ thống thông tin đolường: Hệ thống mạng kếtnốicủa nhiềuthiếtbịđo, cho phép đolường và điềukhiểntừ xa, đolường phân tán GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 10 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 2. Các đặctínhcơ bảncủaphương tiện đo • Các đặctínhtĩnh: đượcxácđịnh thông qua quá trình chuẩn hoá thiếtbị. + Hàm biến đổi: là tương quan hàm số giữacácđạilượng đầuraY vàcác đạilượng đầuvàoX củaphương tiện đo, Y=f(X) + Độ nhạy: là tỷ số giữa độ biến thiên củatínhiệu ở đầuraY củaphương tiện đovới độ biến thiên của đạilượng đo đầuvàoX tương ứng. dY Ký hiệu: S = dX + Phạmvi đo: là phạm vi thang đobaogồmnhững giá trị mà sai số cho phép củaphương tiện đo đốivới các giá trị đo đã được qui định + Phạmvi chỉ thị: là phạm vi thang đo đượcgiớihạnbởigiátrị đầuvàgiátrị cuốicủa thang đo. + Cấpchínhxác: đượcxácđịnh bởigiátrị lớnnhấtcủacácsaisố trong thiếtbị đo. Thường đượctínhtoánbằng giớihạncủasaisố tương đối quy đổi. + Độ phân giải: Chính là độ chia của thang đo hay giá trị nhỏ nhấtcóthể phân biệt được trên thang đo(màcóthể phân biệt đượcsự biến đổitrên thang đo) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 11 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử • Các đặctínhđộng: Phầnlớncácthiếtbịđo không đáp ứng tứcthời ngay khi đạilượng đo thay đổi (do quán tính, nhiệt dung hoặc điện dung ) → sự hoạt động ở trạng thái động hoặctrạng thái giao thờicủa thiếtbịđocũng quan trọng như trạng thái tĩnh. + Đốivới đạilượng đocó3 dạng thay đổinhư sau: ¾ Thay đổicódạng hàm bước theo thờigian ¾ Thay đổicódạng hàm tuyếntínhtheothờigian ¾ Thay đổicódạng hàm điều hòa theo thờigian + Đặctuyến động củathiếtbịđo: ¾ Tốc độ đáp ứng ¾ Độ trung thực ¾ Tính trễ ¾ Sai sốđộng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 12 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 1.3. Phân loạicácmáyđo a) Máy đo các thông số và đặc tính củatínhiệu: VD: Vôn mét điệntử, tầnsố mét, MHS, máy phân tích phổ, Tín hiệu Thiếtbị Thiếtbị Mạch vào mang thông biến đổi chỉ thị tin đox(t) Nguồn cung cấp Hình 1.2 –Cấutrúcmáyđo tham số và đặctínhcủatínhiệu x(t): tín hiệucần đo đưatới đầuvàomáy GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 13 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử Mạch vào: truyềndẫntínhiệutừđầuvàotới Thiếtbị biến đổi. Thực hiệntiềnxử lý tín hiệuvàonhư tiềnkhuếch đại, suy giảm, giớihạnbăng tần, lọc nhiễu, phốihợptrở kháng, nhưng không làm mất thông tin đo. Mạch vào thường là bộ KĐ tảicatốt (Zvào cao), thựchiệnphốihợptrở kháng. Thiếtbị biến đổi: thựchiện so sánh và phân tích. Có thể tạoratínhiệucầnthiết để so sánh tín hiệucần đovớitínhiệumẫu. Có thể phân tích tín hiệu đovề biên độ, tầnsố, hay chọnlọc theo thời gian. Thường là các mạch KĐ, tách sóng, biến đổidạng điệnáptínhiệu, chuyển đổidạng năng lượng, Thiếtbị chỉ thị: biểuthị kếtquả đodướidạng thích hợpvới giác quan giao tiếpcủa sinh lí con người hay vớitin tức đưavàobộ phận điềuchỉnh, tính toán, VD: Các cơ cấuchỉ thị , Ống tia điệntử, cơ cấuchỉ thị số dùng LED 7 đoạn hay LCD 7 đoạn Nguồncungcấp: cung cấpnăng lượng cho máy và làm nguồntạo tín hiệuchuẩn GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 14 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử b) Máy đo đặc tính và thông số củamạch điện: ¾Mạch điệncần đo thông số: mạng 4 cực, mạng 2 cực, các phần tử củamạch điện. ¾Sơđồkhối chung: cấutạogồmcả nguồn tín hiệuvàthiếtbị chỉ thị, (hvẽ) ¾VD: máy đo đặc tính tầnsố, máy đo đặc tính quá độ, máy đohệ số phẩmchất, đoRLC, máythửđèn điệntử, bán dẫnvàIC; máy phân tích logic; máy phân tích mạng 4 cực GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 15 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử Nguồn tín Thiếtbị biến Mạch cần đo hiệuthử đổi, xử lý tín tham số, đặc tính hiệu Nguồn Thiếtbị cung cấp chỉ thị (a) –Cấutrúcmáyđothamsố và đặctínhcủamạch có nguồn tín hiệuthử Mạch cần Mạch vào Thiếtbị biến đổi, Nguồn tín đo tham số, xử lý tín hiệu hiệuthử đặc tính Nguồn Thiếtbị cung cấp chỉ thị (b) –Cấutrúcmáyđothamsố và đặctínhcủamạch có nguồn tín hiệuthửđộclập Hình 1.3 –Cấutrúcmáyđothamsố và đặc tính củamạch điện GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 16 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử c) Máy tạotínhiệu đolường: Bộ tạo Bộ biến Mạch sóng chủ đổi ra x(t) Bộđiều Nguồn Thiếtbị chế cung cấp đo Hình 1.4 –Cấutrúcmáytạo tín hiệu đolường - Bộ tạo sóng chủ: xác định các đặctínhchủ yếucủa tín hiệunhư dạng và tầnsố dao động, thường là bộ tạo sóng hình sin hay xung các loại - Bộ biến đổi: nâng cao mứcnăng lượng của tín hiệu hay tăng thêm độ xác lậpcủadạng tín hiệu, thường là bộ KĐ điện áp, KĐ công suất, bộ điềuchế, thiếtbị tạodạng xung, Các máy phát tín hiệusiêucaotầnthường không có Bộ biến đổi đặtgiữa Bộ tạosóngchủ và đầu ra, mà dùng Bộđiềuchế trựctiếp để khống chế dao động chủ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 17 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử - Mạch ra: để điềuchỉnh các mứctínhiệura, biến đổiZra củamáy. Nó thường là mạch phân áp, biếnápphốihợptrở kháng, hay bộ phụ tải Catốt. - Thiếtbị đo: kiểm tra thông số củatínhiệu đầura. Nóthường là vôn mét điệntử, thiếtbị đo công suất, đohệ số điềuchế, đotầnsố, -Nguồn: cung cấp nguồnchocácbộ phận, thường làm nhiệmvụ biến đổi điệnápxoaychiềucủamạng lưới điện thành điệnáp1 chiềucóđộổn định cao. d) Các linh kiện đolường: các linh kiệnlẻ, phụ thêm vớimáyđo để tạonêncácmạch đocầnthiết. Gồmcácđiệntrở, điệncảm, điện dung mẫu; hay các linh kiện để ghép giữacácbộ phậncủamạch đo(VD: bộ suy giảm, bộ dịch pha, bộ phân mạch định hướng, ) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 18 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 1. Khái niệm và nguyên nhân gây sai số 2. Phân loại sai số: theo cách biểu diễn sai số, theo sự phụ thuộccủa sai số vào đạilượng đo, theo vị trí sinh ra sai số, theo qui luật xuất hiện sai số. 3. Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số 4. Cách xác định kết quả đo 5. Sai số của phép đo gián tiếp GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 19 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.1. Khái niệm & nguyên nhân sai số: * Khái niệm sai số: là độ chênh lệch giữakếtquảđovàgiátrị thựccủa đạilượng đo. Nó phụ thuộc vào nhiềuyếutố như: thiếtbịđo, phương thức đo, người đo * Nguyên nhân gây sai số: - Nguyên nhân khách quan: do dụng cụđo không hoàn hảo, đại lượng đo đượcbị can nhiễu nên không hoàn toàn được ổn định, - Nguyên nhân chủ quan: do thiếu thành thạo trong thao tác, phương pháp tiến hành đo không hợp lí, 2.2. Phân loại sai số * Theo cách biểu diễn sai số: -Saisố tuyệt đối: là hiệugiữakếtquảđo đượcvớigiátrị thựccủa đại lượng đo ΔX = X do − X thuc -Saisố tương đối chân thực: là giá trị tuyệt đốicủatỉ số giữasaisố tuyệt đốivàgiátrị thựccủa đạilượng đo ΔX δct = .100% X thuc GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 20 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường ΔX -Saisố tương đối danh định: δdd = .100% X do -Saisố tương đốiqui đổi: là giá trị tuyệt đốicủatỷ số giữasaisố tuyệt đốivàgiátrịđịnh mứccủa thang đo. ΔX δqd = .100% Æ cấpchínhxáccủa đạilượng đo X dm Xdm= Xmax -Xmin : giá trịđịnh mứccủa thang đo Nếugiátrị thang đo: 0÷XmaxÆ Xdm=Xmax * Theo sự phụ thuộccủa sai số vào đạilượng đo: -Saisốđiểm0 (saisố cộng) là sai số không phụ thuộc vào giá trịđại lượng đo. -Saisốđộnhạy(saisố nhân) là sai số phụ thuộc vào giá trịđạilượng đo GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 21 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường * Theo vị trí sinh ra sai số ta có sai số phương pháp và sai số phương tiện đo: -Saisố phương pháp là sai số do phương pháp đo không hoàn hảo -Saisố phương tiện đolàsaisố do phương tiện đo không hoàn hảo. Gồm: sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên, sai sốđiểm0, saisốđộnhậy, sai số cơ bản, sai số phụ, sai sốđộng, sai số tĩnh. Sai số cơ bản củaphương tiện đolàsaisố củaphương tiện đokhisử dụng trong điềukiệntiêuchuẩn Sai số phụ củaphương tiện đolàsaisố sinh ra khi sử dụng phương tiện đo ởđiềukiện không tiêu chuẩn Sai số tĩnh là sai số củaphương tiện đokhiđạilượng đo không biến đổi theo thờigian Sai sốđộng là sai số củaphương tiện đokhiđạilượng đobiến đổitheo thờigian GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 22 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường ¾ Theo qui luật xuất hiện sai số: –Sai số hệ thống –Sai số ngẫu nhiên 2.2.1. Sai số hệ thống –Do cácyếutố thường xuyên hay các yếutố có qui luậttác động. –Kếtquảđo có sai số củalần đo nào cũng đềulớnhơn hay bé hơn giá trị thựccủa đại lượng cần đo –VD: + Do dụng cụ, máy móc đo chế tạo không hoàn hảo + Do chọnphương pháp đo không hợplí, hoặclỗi trong quá trình xử lí kếtquả đo, –Do khíhậu (nhiệt độ, độ ẩm, ) khi đo không giống với điềukiện khí hậu tiêu chuẩn theo qui định GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 23 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.2.2. Sai số ngẫu nhiên –Do cácyếutố bất thường, không có qui luậttácđộng. –VD: + Do điện áp cung cấp của mạch đo không ổn định + Do biếnthiên khíhậucủamôi trường xung quanh trong quá trình đo – Trị sốđo sai: là kếtquả các lần đo có các giá trị sai khác quá đáng, thường do sự thiếuchu đáo củangười đo hay do các tác động độtngộtcủa bên ngoài. – Xử lí sai số sau khi đo: + Đối với sai số hệ thống: xử lí bằng cách cộng đại số giá trị của sai số hệ thống vào kết quả đo, hoặc hiệu chỉnh lại máy móc, thiết bị đo với máy mẫu + Đối với sai số ngẫu nhiên: không xử lí được, chỉ có thể định lượng được giá trị sai số ngẫu nhiên bằng lí thuyết xác suất & thống kê GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 24 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.3. Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số Yêu cầu: - tấtcả các lần đo đềuphải thựchiệnvới độ chính xác như nhau -phải đo nhiềulần 2.3.1. Hàm mật độ phân bố sai số -Tiến hành đo n lầnmột đại lượng nào đó, ta thu đượccáckếtquảđo có các sai số tương ứng là x1, x2, ,xn -Sắpxếpcácsai số theo giá trịđộlớncủa nó thành từng nhóm riêng biệt, vd: n1 sai số có trị số từ 0÷0,01; n2 sai số có trị số từ 0,01÷0,02; n n - ν = 1 ,ν = 2 , là tầnsuất( hay tầnsố xuấthiện) các lần đo có các 1 n 2 n sai số ngẫu nhiên nằm trong khoảng có giá trị giới hạn đó -Lậpbiểu đồ phân bố tầnsuất: limn→∞ν(x)=p(x) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 25 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường p(x) là hàm số phân bố tiêu chuẩncácsai số (hàm số chính tắc). h 2 2 p(x) = e−h x (hàm Gauss) (1) π h : thông sốđo chính xác h lớn → đường cong hẹp và nhọn (xác suất các sai số có trị số bé thì lớn hơn) → thiết bị đo có độ chính xác cao Qui tắcphân bố sai số: a. Xác suấtxuấthiệncủacácsai số có trị số bé thì nhiềuhơn xác suất xuấthiệncủacácsai số có trị số lớn. b. Xác suấtxuấthiệnsai số không phụ thuộcdấu, nghĩalàcácsai số có trị số bằng nhau về giá trị tuyệt đối nhưng khác dấu nhau thì có xác suất xuấthiệnnhư nhau. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 26 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.3.2. Sử dụng các đặcsố phân bốđểđánh giá kếtquảđo và sai sốđo 1. Sai số trung bình bình phương: + Đo n lầnmột đại lượng X, các kếtquả nhận được là n trị số sai số có giá trị nằm trong khoảng giới hạnx1 ÷ xn + h khác nhau → xác suất của chúng khác nhau + h = const với một loại trị số đo → xác suất sai số xuất hiện tại x1 và lân cận của x1 là: h 2 2 dp = e−h x1 dx 1 π 1 tương tự ta có: 2 2 h −h x2 dp2 = e dx2 π 2 2 h −h xn dpn = e dxn π x GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 27 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường Xác suấtcủan lần đo coi như xác suấtcủamộtsự kiệnphứchợp, do đó: Pph= dp1. dp2 dpn n 2 2 2 2 ⎛ h ⎞ −h ()x1 +x2 + +xn = ⎜ ⎟ e dx1dx2 dxn (2) Tìm cực trị của h: ⎝ π ⎠ n−1 n dP 2 2 2 2 ph h −h ∑ xi h 2 −h ∑ xi = n n e + n []− 2h∑ xi e = 0 dh ()π ()π 1 x2 2 2 ∑ i (3) ⇒ n − 2h ∑ xi = 0 ⇒ = 2h n n 2 ∑ xi (4) Sai số TBBP (σ): σ = i=1 n GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 28 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2. Trị số trung bình cộng: Đo X, thu đượcn cáckếtquảđo: a1, a2, , an Các sai số củacáclần đo riêng biệt: x1= a1-X, x2= a2-X, , xn= an-X Các xi chưa biết ⇒ X cần đo chưa biết Thựctế chỉ xác định đượctrị số gần đúng nhấtvới X (trị số có xác suất lớnnhất): n a a + a + + a ∑ i (9) a = 1 2 n = i=1 n n 3. Sai số dư: Sai số mỗi lần đo: xi =ai – x chưa biết vì x chưa biết. Sai số dư là sai số tuyệt đối của giá trị các lần đo ai vớai ε: i = ai − a n n n n ∑εi = ∑ai − n.a = ∑ ai − ∑ ai = 0 (10) i=1 i=1 i=1 i=1 Thực tế: a ≈ X GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 29 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường n n 2 2 ∑ xi ∑εi σ = i=1 = i=1 (11) n n −1 σ 4. Sai số TBBP của a : σ = (12) a n 5. Độ tin cậy và khoảng tin cậy: Xác suất của các sai số có trị số không vượt quá 1 giá trị μ cho trước nào đó, bằng: μ / σ t 2 2 a − Φ t = P a − X < μ = e 2 dt ()i ()∫ 2π 0 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 30 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường μ NếubiếtP, dựavàobảng hàm số Φ(t) trong sổ tay tra cứuvề toán ⇒t = σa hay μ = tσa ⇒ a − X 10) (17) Để đảmbảo độ tin cậy P =0,997 thì lấy t=3 ta có: X = a ± 3σa (18) Quan hệ giữa độ tin cậy P, t, với n >10 (bảng 1) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 31 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 7. Sai số cực đại và sai số thô: Sai số cực đại M = ±tσ (n >10) M = ±tsσ (2 ≤ n ≤10) X = a ± tsσa Sai số thô: sai số |εi| của lần quan sát nào lớn hơn sai số cực đại ( M ) thì đólàsai số thô. 2 ≤ n ≤10 8. Phân bố student: Khoảng tin cậy: at− sσ as<<X a+tσ a2 ≤ n ≤10 Giá trị củats được cho trong bảng 2 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 32 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.4. Cách xác định kết quả đo: Thực hiện đo n lần thu đượccáckết n quảđo: a1, a2, , an ∑ ai 1. Tính trị số trung bình cộng: a = i=1 n 2. Tính sai số dư: εi = ai − a n Kiểm tra: hay không? ∑εi = 0 i=1 n 2 3. Tính sai số TBBP: ∑εi σ = i=1 n −1 4. Kiểm tra xem có sai số thô? nếu có sai số thô thì loại bỏ kết quả đo tương ứng và thực hiện lại bước 1-4 với bộ kết quả đo mới, số lần đo n mới. σ 5. Tính sai số TBBP của trị số TB cộng: σ = a n GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 33 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 6. Xác định kếtquảđo: X = a ± tσa với n >10 nếu:2 ≤ n ≤10 X = a ± tsσa * Cách viết hàng chữ số củaKQ đo: -Lấyctσa hỉ cầnlấyvới 2 số sau dấuphẩy. -Lấypa hải chú ý lấychữ số sao cho bậccủasố cuối củanó≥ bậc của hai con số của tσa . VD: kếtquảđo là X = 275,24 ± 1,08 thì phải viếtlại là: X = 275,2 ± 1,1 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 34 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Bảng 1. Giá trị t theo giá trị xác suấtcho trước GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 35 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Bảng 2. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 36 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường 2.5. Sai số của phép đogiántiếp Giả sử X là đạilượng cần đobằng phép đogiántiếp; Y,V,Z là các đại lượng đo đượcbằng phép đotrựctiếp X = F(Y,V,Z) ΔY, ΔV, ΔZ là các sai số hệ thống tương ứng khi đo Y, V, Z ; ΔX là sai số hệ thống khi xác định X X + ΔX = F(Y+ ΔY,V+ ΔV,Z+ ΔZ) Các sai số có giá trị nhỏ nên: ∂FF∂∂F X +ΔΔX=F()Y,V,Z + YV+ Δ+ ΔZ ∂∂Y VZ∂ ∂FF∂∂F ⇒ΔX= ΔYV+ Δ + ΔZ ∂∂Y VZ∂ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 37 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 2. Đánh giá sai số đo lường TH1: X = aY + bV + cZ ΔX = a ΔY + bΔV+ cΔZ TH2: X =KYα VβγZ ΔΔX =KαβYαβ−−11V ZγYV+K YαVβZγΔ+KγYαVβZγ−1ΔZ Thựctế dùng sai số tương đối: ΔX ΔΔYVΔZ δα=+= β+γ X X Y VZ δXY= αδβ+ δγV+ δZ Xác định sai số TBBP của phép đogiántiếp thông qua sai số TBBP của các phép đotrựctiếp thành phần 222 ⎛⎞∂∂FF⎛⎞⎛∂F⎞ σσX =+⎜⎟YV⎜σ⎟+⎜σZ⎟ ⎝⎠∂∂YV⎝⎠⎝∂Z⎠ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 38 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo •Nguyêntắchoạt động chung củacơ cấu đo •Cơ cấu chỉ thị kim: từ điện, điện từ •Cơ cấuchỉ thị số: LED, LCD GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 39 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.1. Nguyên tắchoạt động chung củacơ cấu đo Bao gồm 2 thành phầncơ bản: Tĩnh và động. Hoạt động theo nguyên tắcbiến đổiliêntục điệnnăng thành cơ năng làm quay phần động của nó. Trong quá trình quay lựccơ sinh công cơ họcmộtphầnthắng lực ma sát, mộtphầnlàmbiến đổithế năng phần động. Quá trình biến đổinăng lượng trong CCĐ đượcthể hiện theo chiềubiến đổi: dòng điệnIx (hoặcUx ) Æ năng lượng điệntừ Wđt, Wđt sẽ tương tác vớiphần động và phầntĩnh tạoraF (lực) Æ tạo mômen quay (Mq) Æ góc quay α ; α tỷ lệ vớif(Ix) hoặc α = f(Ux) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 40 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Giả sử cơ cấu đocón phầntĩnh điện (mang điện tích) và n cuộn dây. Thông thường điệnápđược đưavàocuộn dây. Năng lượng điệntừ sinh ra đượcxácđịnh như sau: in=−11in=− jn==n jn 11221 WCdt =+∑∑ijUij Li Ii +∑Mij Ii Ij 22ii==112i=1 i : cuộn dây ji=−11ji=− j : phầntử mang điện tích CUij , ij : điện dung và điệnápgiữa2 phầntử tích điệni vàj. Iij, I : dòng điện trong các cuộn dây i và j. Li : điệncảmcủacuộn dây i Mij : : hỗ cảmgiữa hai cuộn dây i và j Năng lượng điệntừ sinh ra phụ thuộcvàođiện áp, điện dung, dòng điện, cuộncảmvàhỗ cảm. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 41 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Tương tác giữaphầntĩnh và phần động tạo ra 1 momen quay bằng sự biếnthiêncủanăng lượng từ trên sự biến thiên góc quay. dWdt : sự biếnthiêncủanăng lượng từ dWdt M q = dα : sự biến thiên của góc quay α dα Để tạorasự phụ thuộcgiữa góc quay và giá trị đo; trong khi đongười ta sử dụng thêm lò xo phản kháng để tạo ra momen phảnkhángchống lại sự chuyển động củaphần động. D: là hệ số phảnkhángcủalòxo M pk = −Dα Kim chỉ thị sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng khi dW 1 dW M pk = Mq ⇔=Dααdt ⇒= dt dDα dα Wdt : phụ thuộcvàođiện áp, dòng điện đặt vào cuộndây. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 42 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2. Cơ cấuchỉ thịđo lường •Cáccơ cấuchỉ thị kim • Ống tia điệntử CRT •Cơ cấuchỉ thị số (dùng LED 7 đoạn hay LCD 7 đoạn) • Màn hình ma trận (LED, LCD, Flasma, OLED ) 3.2.1 Cơ cấu chỉ thị kim: -Dụng cụđo từđiệnkiểu nam châm vĩnh cửu (TĐNCVC). -Dụng cụđo kiểu điệntừ. -Dụng cụđo điện động. 3.2.1.1. Bộ chỉ thị kiểutừđiện: hoạt động theo nguyên tắcbiến đổi điệnnăng thành cơ năng nhờ sự tương tác giữatừ trường của một nam châm vĩnh cửuvàtừ trường của dòng điện qua một khung dây động GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 43 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 1. Cấu tạo: -Phần tĩnh: gồm 1 nam châm vĩnh cửu (1), hai má cực từ (2), 1 lõi sắt từ (3). Giữa (2) và (3) tạo thành 1 khe hẹp hình vành khuyên cho phép 1 khung dây quay xung quanh và có từ trường đều hướng tâm (B) -Phần động: gồm 1 khung dây nhẹ (4) có thể quay xung quanh trụccủa1 lõisắttừ, 1 kim chỉ thị (5) đượcgắnvàotrụccủa khung dây, 1 lò xo phản kháng (6) với1 đầu đượcgắnvàotrụccủa khung dây, đầu còn lại đượcgắnvớivỏ máy. Hình 3.1 Để định vị kim đúng điểm `0` khi chưa đo thì một đầucủalòxo phản kháng ở trước đượcliên hệ với mộtvítchỉnh `0` ở chính giữamặttrướccủacơ cấu đo. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 44 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Hoạt động: Dòng điện trong cuộn dây củacơ cấuTĐNCVC phải chạy theo một chiềunhất định để cho kim dịch chuyển (theo chiềudương) từ vị trí `0` qua suốt thang đo. Đảochiều dòng điện Æ cuộn dây quay theo chiềungượclại và kim bị lệch về phía trái điểm `0`. Do đócác đầu nối của dụng cụ TĐNCVC được đánh dấu `+` và `-` để cho biết chính xác cực cần nối. Cơ cấu TĐNCVC được coi là có phân cực. Phương trình mô men quay và thang đo: Khi có dòng điệnI chạy qua khung dây sẽ tạora1 từ trường tương tác vớitừ trường B của NCVC Æ tạo ra 1 mômen quay: dW dφ M = e = I q dα dα dφ = B.N.S.dα : độ biến thiên củatừ thông qua khung dây B: từ trường NCVC GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 45 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo N: số vòng dây S: diện tích khung dây dα : độ biến thiên góc quay của khung dây Mq= I.B.N.S Mô men quay Mq làm quay khung dây, khi đó mômen phản kháng do lò xo phản kháng tác động vào khung dây tăng Mpk= D.α (3.5) D - hệ số phản kháng của lò xo α - góc quay của kim Khi mômen quay Mq cân bằng với mômen phản kháng Mp của lò xo thì kim sẽ dừng lại trên mặt độ sốứng với một góc α nào đó. Mq = Mpk (3.6) ↔ I.B.N.S = D.α B.N.S ↔ α = I = S .I D 0 B.N.S S = là độ nhạy của cơ cấu đo 0 D GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 46 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3. Đặc điểmcủacơ cấu đo từđiện: ưu điểm: • Thang đotuyến tính Æ có thể khắc độ thang đocủadòngđiện I theo góc quay củakimchỉ thị • Độ nhạycơ cấu đolớn • Dòng toàn thang (Itt) rấtnhỏ (cỡ μA) • Độ chính xác cao, có thể tạo ra các thang đocócấp chính xác tới0,5% •Ítchịu ảnh hưởng của điệntừ trường bên ngoài. Nhược điểm: •Cấutạophứctạp, dễ bị hư hỏng khi có va đậpmạnh •Chịuquátải kém do dây quấn khung có đường kính nhỏ •Chỉ làm việcvới dòng 1 chiều, muốnlàmviệcvới dòng xoay chiềuphải có thêm điốtnắn điện Ứng dụng: • dùng rất nhiềulàmcơ cấuchỉ thị cho các dụng cụđo điệnnhư: Vônmét, Ampemét, dụng cụđo điệnvạnnăng, các phép đocầucânbằng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 47 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.1.2. Cơ cấu điệntừ: hoạt động theo nguyên lý: năng lượng điệntừ đượcbiến đổiliêntục thành cơ năng nhờ sự tương tác giữatừ trường củacuộndâytĩnh khi có dòng điện đi qua vớiphần động của cơ cấulàcáclásắttừ 1. Cấutạo: có 2 loại -Loạicuộn dây hình tròn. -Loạicuộn dây hình dẹt + Loạicuộn dây hình tròn: -Phầntĩnh: là mộtcuộn dây hình trụ tròn, phía trong thành ống có gắnlásắttừ mềm uốn quanh -Phần động: gồmmộtlásắttừ cũng được uốn cong và gắnvàotrục quay nằm đối diện. Trên trục quay gắnkimchỉ thị và lò xo phản kháng Hình 3.3.1 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 48 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo + Loạicuộn dây dẹt: -Phầntĩnh: gồm1 cuộn dây dẹt, ở giữacó1 khehẹp. -Phần động: gồm1 đĩasắttừ đượcgắnlệch tâm, chỉ mộtphầnnằm trong khe hẹpvàcóthể quay quanh trục. Trên trụccủa đĩasắttừ có gắnkimchỉ thị và lò xo phản kháng Hình 3.3.2 Cơ cấu điệntừ loạicuộndâydẹt GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 49 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Nguyên lý hoạt động chung: Khi có dòng I điệnchạy qua cuộn dây tĩnh sẽ tạoramộtnăng lượng từ trường 1 WL= I2 tt 2 vớiL làđiệncảmcuộn dây, có giá trị tuỳ thuộcvàovị trí tương đốicủalá sắttừđộng và tĩnh Sự biến thiên năng lượng từ trường theo góc quay tạo ra mômen quay Æ trục quay Æ kim chỉ thị quay dW M = tt q dα Khi kim chỉ thị quay Æ mômen phản kháng tăng: Mpk=D.α Tạivị trí cân bằng: Mpk = Mq dW 1 dL →=DIα tt =2 ddα 2 α 11dW dL →=α tt = I 2 Ddα 2Ddα 2 1 dL → α = S0 I , S = 0 2D dα Góc quay củakimGIcẢhNGỉ th VIÊN:ị tỷ l ệKS.vớ ĐỗibìMnạhpnh hHàương của I qua cuộn dây www.ptit.edu.vn Trang 50 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3. Đặc điểmcủa CCĐ điệntừ: + Ưu điểm: 9 CCĐ từđiệncóthể làm việcvới dòng xoay chiều. 9 Có cấutạovững chắc, khả năng chịutảitốt. + Nhược điểm: 9 Độ nhạy kém do từ trường phầntĩnh yếu 9 Thang đo phi tuyến 9 Độ chính xác thấp do dễảnh hưởng củatừ trường Hình 3.4 – Đồng hồđo bên ngoài do tổn hao sắttừ lớn điệnápcaosử dụng CCĐ 9 Tiêu thụ năng lượng nhiềuhơncơ cấu đotừ điệntừ điện. + Ứng dụng: vẫn được dùng nhiều trong các đồng hồđo điệnáplớn GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 51 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2. Cơ cấuchỉ thị số Khoảng Δt Vậtcần đo Trị sốđo biến đổi chứa các xung đo được có tầnsố f kếtquả Hiểnthị biến đổi Đếm xung dưới dạng trong Δt chữ số Hình 3.5 –Sơđồkhốicơ cấuchỉ thị sốđơngiản 1. Nguyên lí hoạt động chung: các cơ cấu đo hiển thị số thường dùng phương pháp biến đổi trị số của đại lượng đo ra khoảng thời gian có độ lâu Δt phụ thuộc trị số đo chứa đầy các xung liên tiếp với tần số nhất định. Thiết bị chỉ thị đếm số xung trong khoảng thời gian Δt và thể hiện kết quả phép đếm dưới dạng chữ số hiển thị. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 52 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Đặc điểm: (a) Các ưu điểm: Độ chính xác đo lường cao. Chỉ thị kết quả đo dưới dạng chữ số nên dễ đọc. Có khả năng tự chọn thang đo và phân cực Trở kháng vào lớn. Có thể lưu lại các kết quả đo để đưa vào máy tính. Dùng thuận tiện cho đo từ xa. (b) Các nhược điểm: Sơ đồ phức tạp Giá thành cao Độ bền vững nhỏ Hiện nay thiếtbịđosố thường sử dụng các loạicơ cấuchỉ thị số như sau: •Cơ cấuchỉ thị số dùng điốt phát quang LED •Cơ cấuchỉ thị số dùng LCD GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 53 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2.1. Bộ chỉ thị số dùng điốt phát quang (LED •LED làmộttiếpxúcP-N, vậtliệuchế tạo đềulàcácliênkếtcủa nguyên tố nhóm 3 và nhóm 5 củabảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev như GaAs (LED có mầu đỏ), GaP (LED có màu đỏ hoặc màu lục), GaAsP (LED có mầu đỏ hoặc vàng). •KhiLED được phân cựcthuậncáchạtdẫn đasố khuếch tán ồạt qua tiếpxúcP-N (điệntử tự do từ n sang p, lỗ trống từ p sang n) chúng gặp nhau sẽ tái hợp và phát sinh ra photon ánh sáng. Cường độ phát sáng củaLED tỉ lệ với dòng điện qua điôt . Hình 3.6 –Thanh LED GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 54 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo * LED 7 đoạn: •Các dụng cụ đo hiển thị số thường dùng bộ chỉ thị 7 đoạn sáng ghép lại với nhau theo hình số 8. Các đoạn sáng là các điốt phát quang. Khi cho dòng điện chạy qua những đoạn thích hợp có thể hiện hình bất kì số nào từ 0-9. •Có2 loại: LED 7 đoạn sáng Anốt chung LED 7 đoạn sáng Catốt chung LED 7 đoạn sáng Catốt chung: catốt của tất cả các điốt đều được nối chung với điểm có điện thế bằng 0 (hay cực âm của nguồn). Tác động vào đầu vào (anốt) của điốt mức logic 1 Æ điốt sáng. LED 7 đoạn sáng Anốt chung: các anốt được nối chung với cực dương của nguồn (mức logic 1). Tác động vào đầu vào (Catốt) của điốt mức logic 0 Æ điốt sáng. Độ sụt áp khi phân cựcthuận điốt là 1,2V và dòng thuậnkhi cóđộ chói hợplílà20mA. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 55 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Nhược điểm: cần dòng tương đối lớn. Ưu điểm: nguồn điện áp mộtchiềuthấp, khả năng chuyểnmạch nhanh, bền, kích tấc bé. Hình 3.7 –Led 7 đoạn GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 56 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2.2. Bộ chỉ thị số dùng tinh thể lỏng (LCD) • Tinh thể lỏng là tên trạng thái của một vài hợp chất hữu cơ đặc biệt. Các chất này nóng chảy ở 2 trạng thái: lúc đầu ở trạng thái nóng chảy liên tục, sau đónếu nhiệt độ tiếp tục tăng thì chuyển sang chất lỏng đẳng hướng bình thường. • Pha trung gian giữa hai trạng thái này là trạng thái tinh thể lỏng •Bộ chỉ thị dùng tinh thể lỏng (LCD) thường đượcbố trí cũng theo dạng số 7 đoạnnhư bộ chỉ thị LED. • Trên 2 tấmthuỷ tinh người ta phủ mộtlớp kim loại dẫn điện để tạo nên 2 điệncực trong suốt, giữa2 lớpkim loại là lớpchất lỏng tinh thể. •Khi chỉ thị chữ số, ngoài điệnáp đặtvào2 điệncựccủaphầntử còn cần nguồn sáng đặt phía trước hay phía sau củabộ chỉ thị và phông. Hình 3.8 – Cấutạomỗi thanh LCD GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 57 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo (a) nguồn sáng đặttrước: khi có tín hiệu thì tinh thể lỏng có ánh sáng phản xạ từ gương. Hình 3.9 (b) nguồn sáng đặt sau: khi có tín hiệu thì tinh thể lỏng có ánh sáng đi qua tạo nên hình số trên màn hình. Màn hình là tấm phông đen. Nguồn điện cung cấp là nguồn 1 chiều hoặc là nguồn điện áp xung. Hình 3.10 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 58 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo VD: một LCD 7 đoạn (hình 3.11) • Đầu chung của các phần tử chỉ thị LCD nối với +E qua R. •Các điện cực riêng nối với các đầu ra điều khiển. • Khi transistor T6 tắt, U6a = 0 → phần tử 6 không chỉ thị. • Khi T6 thông, U6a = +E → đủ kích thích để phần tử 6 trở nên trong suốt, cho ánh Hình 3.11 sáng đi qua. Ưu điểmcủaLCD: ¾ Nguồn cung cấp đơn giản, tiêu thụ công suấtnhỏ, cỡ mW ¾ Kích tấc bé, phù hợpvới các thiếtbịđo dùng mạch tổ hợp, kĩ thuậtvi điệntử. ¾ Hình chữ số khá rõ ràng, chế tạo đơn giản. Nhược điểm của LCD: ¾ Dải nhiệt độ làm việc hẹp (100C-550C) ¾ Tuổi thọ chưa thật cao Tuy vậy các ưu điểm là cơ bản nên loại này ngày càng được dùng nhiều GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 59 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2.3. Màn hình ma trận a. Mànhìnhma trậnLED b. Mànhìnhma trậnLCD Hình 3.12 – Ma trậnLED Hình 3.13- Ứng dụng của màn hình ma trận LCD trong máy đo và màn hình máy tính GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 60 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) • Nguyên lí quan sát tín hiệu trên MHS: nguyên lí quét tt liên tục, nguyên lí quét đợi, nguyên lí đồng bộ •Sơ đồ cấutạomột MHS điển hình •Mộtsố chếđộlàm việc •MHS nhiều tia : MHS 2 kênh dùng ống tia điệntử 1 tia và CM điệntử •Ôxilôđiệntử số GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 61 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.1. Nguyên lý quan sát tín hiệutrên MHS: 1. Phương pháp vẽ dao động đồ củatínhiệu •Một tín hiệuthường đượcbiểudiễndưới 2 dạng: + Hàm theo thời gian: u = f(t) + Hàm số theo tầnsố: u =ϕ(f) UAM F f 0 f-F f f+F f Hình 4.1-Tínhiệu điềubiênvàphổ củanó • Để quan sát dạng sóng, đo các đặc tính và các tham số củatínhiệu → dùng mộtmáyđo đa năng là MHS (Ôxilô). • MHS là mộtloại máy vẽ di động theo 2 chiềuX vàY để hiểnthị dạng tín hiệu đưa vào cần quan sát theo tín hiệu khác hay theo thời gian. `Kim bút vẽ ` của máy là mộtchấm sáng, di chuyểntrên mànhìnhcủa ống tia điệntử theo qui luậtcủa điệnápđưa vào cần quan sát. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 62 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 2. Các loại ôxilô: • Ôxilô tầnthấp, ôxilô tần cao, ôxilô siêu cao tần • Ôxilô xung (τ/T bé) • Ôxilô 2 tia; ôxilô nhiều kênh • Ôxilô có nhớ (loại tương tự và loại số) • Ôxilô số; ôxilô có cài đặt VXL 3. Công dụng, tính năng củaÔxilô: Ôxilô là mộtmáyđo vạnnăng, nó có các tính năng: • Quan sát toàn cảnh tín hiệu • Đo các thông số cường độ của tín hiệu: + đo điện áp, đo dòng điện, đo công suất + đo tần số, chu kì, khoảng thời gian của tín hiệu + đo độ di pha của tín hiệu + vẽ tự động và đo được đặc tính phổ của tín hiệu + vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của linh kiện + vẽ tự động, đo đặc tuyến biên độ-tần số của mạng 4 cực GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 63 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của Ôxilô: •Phạm vi tần số công tác: được xác định bằng phạm vi tần số quét. • Độ nhạy(hệ số lái tia theo chiềudọc): mV/cm Là mức điệnáp cần thiết đưa đến đầu vào kênh lệch dọcbằng bao nhiêu mV để tia điệntử dịch chuyển được độ dài 1 cm theo chiềudọccủa màn sáng. Độ nhạycũng có thểđược tính bằng mm/V. • Đường kính màn sáng: Ôxilô càng lớn, chấtlượng càng cao thì đường kính mànsángcànglớn (thông thường khoảng 70mm-150 mm). • Ngoài ra còn có hệ số lái tia theo chiều ngang, trở kháng vào, 5. Chếđộquét tuyếntínhliên tục a) Nguyên lí quét đường thẳng trong MHS • Đưa điệnápcủa tín hiệucần nghiên cứulên cặpphiếnlệch Y, và điệnáp quét răng cưa lên cặp phiếnlệch X. •Do tácdụng đồng thời củacả hai điệntrường lên 2 cặp phiếnmàtia điệntử dịch chuyểncả theo phương trụcX vàY. •Quỹđạocủatia điệntử dịch chuyển trên màn sẽ vạch nên hình dáng của điện áp nghiên cứubiến thiên theo thời gian. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 64 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chú ý: điện áp quét là hàm liên tục theo thời gian → quét liên tục điện áp quét là hàm gián đoạn theo thời gian → quét đợi b) Nguyên lý quét tuyến tính liên tục • Điện áp quét tuyến tính liên tục có tác dụng lái tia điện tử dịch chuyển lặp đi lặp lại 1 cách liên tục theo phương ngang tỷ lệ bậc nhất với thời gian. • Để quét tuyến tính liên tục cần phải dùng điện áp biến đổi tuyến tính liên tục (tăng tuyến tính hay giảm tuyến tính) 2 Hình 4.2 - Quét t liên tụcvới Tq = Tth GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 65 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Chu kỳ quét: T = t +t q th ng Uq tth t tng Hình 4.3 - Điệnápquétrăng cưathựctế • Thông thường: tng ≤ 15% tth tứclàtng rấtnhỏ hơn tth nên có thể coi Tq ≈ tth, lí tưởng: tng = 0 (Tq = tth) •Nếutầnsố quét đủ cao, màn huỳnh quang có độ dư huy đủ mức cần thiếtthìkhi mới chỉ có Uq đặtvàocặpphiếnX đãcómột đường sáng theo phương ngang. Khi có cả Uth đặtvàocặp phiếnY vànếuTq = nTth ()n∈ N thì trên màn xuấthiện dao động đồ củamột hay vài chu kì của điện áp nghiên cứu(Uth). •NếuTq ≠ nTth thì dao động đồ không đứng yên mà luôn di động rối loạn → khó quan sát. Hiệntượng này gọi là không đồng bộ (không đồng pha giữa Uq và Uth). GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 66 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Thực tế, tng ≠ 0. Vì tng << tth nên đường sáng mà tia điệntử vạch lên trên màn trong khoảng tth sáng hơn so với đường sáng trong khoảng tng. Trên dao động đồ của điệnáp n/cứucũng bị mất đi mộtphần chu kì (= tng) để tia điệntử quay trở về vị trí ban đầu. •Xoáđường vạch sáng củatia điệntử trong khoảng tng: ứng với lúc có tng thì tạo nên một xung điệnápâm cóđộ rộng đúng bằng tng đưa tới cực điềuchế của ống tia điện tử. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 67 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Hệ số không đường thẳng (γ): ⎛ dU ⎞ ⎛ dU ⎞ ⎛ dU ⎞ ⎛ dU ⎞ ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ − ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠ ⎝ dt ⎠ ⎝ dt ⎠ ⎝ dt ⎠ γ = max min ()% = 2 max min ()% ⎛ dU ⎞ ⎛ dU ⎞ ⎛ dU ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ + ⎜ ⎟ ⎝ dt ⎠tb ⎝ dt ⎠max ⎝ dt ⎠min Để có ảnh quan sát với chất lượng cao cần: ¾ tng << tth hay Tq ≈ tth ¾ Điều kiện đồng bộ phải thoả mãn: Tq = nTth ¾ Phải có mạch tắt tia quét ngược. 6. Nguyên lí quét đợi •Với xung có độ xốp lớn (τ/T bé), có chu kì hoặc không có chu kì Æ quét đợi. • Quét đợi: điện áp quét chỉ xuất hiện khi có xung nghiên cứu đưa đến kênh Y của MHS. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 68 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) (a) Tq = Tth : tín hiệu chỉ xuất hiện trong một t/g rất bé (τ τ một chút GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 69 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 7. Nguyên lý đồng bộ: • Khi quan sát dạng tín hiệu trên MHS, đôi khi ảnh bị trôi, nháy, là do mất đồng bộ. ⎛ 1 ⎞ * ⎜n − ⎟Tth < Tq1 < nTth , (n∈ N ) ⎝ 4 ⎠ 3 Minh họa T < T <: T 4 th q1 th ảnh I, II, III là các dao động đồ tương ứng tại các chu kì quét tương ứng. Nó phân bố lầnlượttừ trái qua phải, do tính chấtlưu ảnh của màn hình các ảnh sẽ mờ dần theo thứ tự tương ứng Æ cảm giác dao động đồ chuyển động từ trái qua phải. ⎛ 1 ⎞ * nTth < Tq2 < ⎜n + ⎟Tth ⎝ 4 ⎠ T a th ≠ Æ tương tự, cảm giác d/động đồ chuyển động từ phải qua trái Tq2 b GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 70 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Tth a T 4 *(= minh họa th = ): T b q3 Tq3 3 Dao động đồ đứng yên nhưng không phản ánh đúng dạng tín hiệu cần quan sát mà chỉ gồmnhững đoạntínhiệu khác nhau cầnquan sát mà thôi. * Tq = nTth (minh họa Tq = Tth ), n∈ N Dao động đồ ổn định và phảnánhđúng dạng tín hiệucần quan sát. Æ Điều kiện đồng bộ: Tq = nTth Quá trình thiếtlập và duy trì điềukiện này là quá trình đồng bộ của MHS • Các chếđộđồng bộ: + Đồng bộ trong: tín hiệu đồng bộ lấy từ kênh Y của MHS + Đồng bộ ngoài (EXT) + Đồng bộ lưới (LINE) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 71 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Uth T th t 0 Tth 2Tth 3Tth Uq1 t 0 Tq1 Uq2 t 0 Tq2 Uq3 t 0 Tq3 Uq4 t 0 Tq4 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 72 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.2. Sơ đồ cấutạomột MHS điển hình Kênh lệch đứng Y Mạch Khuếch AC 4.2.1. Cấu tạo MHS: S1 vào và Tiền đạiY Uth khuếch Dây phân trễ đối • Ống tia điện tử DC áp Y đại xứng Y1 • Kênh lệch đứng Y GND V Tạo • Kênh lệch ngang X và đồng bộ pp xung X X1 2 • Kênh Z (khống chế độ sáng) chuẩn CRT Y2 K/đại S2 Tạo Đợi * Ống tia điện tử: CH đồng bộ Tạo điệnáp 1 S EXT U và tạo U xung liên 3 K/đạiX + là bộ phận trung tâm củaMHS, sử đb x đồng bộ quét AC LINE dạng tục 2 đối 50Hz Uxđb xứng dụng loại ống 1 tia khống chế bằng Mạch 3 U Uquét điệntrường x vào và KĐ X +Cónhiệmvụ hiểnthị dạng sóng Kênh lệch ngang X và đồng bộ trên UZ Chọn K/đại TớiG của CRT cực tính Z mànhìnhvàlàđốitượng điềukhiển Kênh Z chính (U , U , U ). y x G Hình 4.7 - Sơđồkhối MHS 1 kênh dùng ống tia điệntử GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 73 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Kênh lệch đứng Y: có nhiệmvụ nhận tín hiệuvàocần quan sát, biến đổi và tạorađiệnápphùhợp cung cấpchocặpláiđứng Y1, Y2. Gồmcác khốichứcnăng: + Chuyểnmạch kếtnối đầuvàoS1: chophépchọnchếđộhiểnthị tín hiệu. S1 tạiAC: chỉ hiểnthị thành phần xoay chiềucủaUth. S1 tại DC: hiểnthị cả thành phầnmộtchiều và xoay chiềucủaUth. S1 tạiGND: chỉ quan sát tín hiệunối đất(0V). + Mạch vào phân áp Y: có nhiệmvụ phốihợptrở kháng và phân áp tín hiệuvào để tăng khả năng đo điệnápcao. Thường dùng các khâu phân áp R-C mắcliên tiếp nhau, hệ số phân áp không phụ thuộcvàotầnsố. Chuyểnmạch phân áp được đưa ra ngoài mặt máy và kí hiệu là Volts/Div. + Tiềnkhuếch đại: có nhiệmvụ khuếch đại tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung của kênh Y. Thường dùng các mạch KĐ có trở kháng vào lớnvàcóhệ số KĐ lớn. + Dây trễ: có nhiệmvụ giữ chậm tín hiệutrướckhiđưatới KĐ Y đốixứng, thường dùng trong các chếđộquét đợi để tránh mấtmộtphầnsườntrướccủa tín hiệu khi quan sát. Thường dùng các khâu L-C mắc liên tiếp. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 74 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) + KĐ Y đốixứng: có nhiệmvụ KĐ tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung củakênhY, đồng thờitạorađiệnápđốixứng để cung cấpchocặpláiđứng Y1Y2. + Tạo điệnápchuẩn: tạorađiệnápchuẩncódạng biên độ, tầnsố biếttrước, dùng để kiểmchuẩnlạicáchệ số lệch tia củaMHS * Kênh lệch ngang X và đồng bộ: có nhiệmvụ tạorađiện áp quét phù hợpvề dạng và đồng bộ về pha so vớiUY1, Y2 để cung cấpchocặplái ngang X1X2 + Chuyểnmạch đồng bộ S2: chophépchọncáctínhiệu đồng bộ khác nhau. S2 tại CH: tự đồng bộ (Uđb = Uth) S2 tại EXT: đồng bộ ngoài (Uđb=UEXT), tín hiệu đồng bộ được đưa qua đầuvào EXT. S2 tạiLINE: đồng bộ vớilưới điện AC 50Hz (Uđb=UAC50Hz) lấytừ nguồn nuôi. + KĐ đồng bộ và tạodạng: k/đại tín hiệuUđb phù hợpvàtạoradạng xung nhọn đơncực tính có chu kì: Tx=Tđb GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 75 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) + Tạo xung đồng bộ: chia tầnUx và tạoraxungđồng bộ có chu kì: Txđb=nTx=nTđb. Xung này sẽđiềukhiểnbộ tạo điện áp quét để tạora Uq răng cưatuyến tính theo chếđộquét đợihoặc quét liên tụcvàcóchukìTq=Txđb. + KĐ đốixứng: KĐ điện áp quét và tạorađiệnápđốixứng để đưatớicặplái ngang X1X2. + Mạch vào và KĐ X: nhận tín hiệuUX và k/đại, phân áp phù hợp. + Chuyểnmạch S3: chuyểnmạch lựachọnchếđộquét (quét liên tục, quét đợi) + Bộ tạo điện áp quét: tạo điện áp quét liên tục (hoặc quét đợi) đưa đến cặp phiến X * Kênh điềukhiểnchếđộsáng Z: có nhiệmvụ nhậntínhiệu điềuchếđộ sáng UZ vào, thựchiệnchọncựctínhvàk/đại phù hợprồi đưatớilưới điềuchế G củaCRT. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 76 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.2.2. Cấu tạo của ống tia điện tử: Ống tia điệntử CTR (Cathode Ray Tube) là 1 ống thuỷ tinh hình trụ có độ chân không cao, đầu ống có chứacácđiệncực, phía cuối loe ra hình nón cụt, mặt đáy đượcphủ 1 lớphuỳnh quang tạo thành màn hình. Cấutạo gồm3 phần: Lớpthan chì Lưới điềuchế G AnốtgiatốcA2 Màn chắn X1 KatốtK Anốthộitụ A1 Y1 Màn huỳnh Sợi đốtF quang EK Y2 X2 -2,05kV Rbright R1 Rfocus R2 A3 (Ahậu) Súng điệntử Hệ thống lái tia Màn hình Hình 4.8 - Sơđồcấutạocủa ống tia điệntử GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 77 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) a) Màn hình: -Lớphuỳnh quang thường là hợpchấtcủa Phôtpho. Khi có điệntử bắntới màn hình, tạivị trí va đập, điệntử sẽ truyền động năng cho các điệntử lớp ngoài cùng củanguyêntử Phôtpho, các điệntử này sẽ nhảy từ mứcnăng lượng thấplênmứcnăng lượng cao và tồntại trong 1 thời gian rấtngắnrồitự nhảyvề mứcnăng lượng thấp ban đầu và phát ra photon ánh sáng. -Màusắc ánh sáng phát ra, thờigiantồntạicủa điểmsáng(độ dư huy của màn hình) sẽ phụ thuộcvàohợpchấtcủa Phôtpho (từ vài μs đếnvàis). b) Súng điện tử: gồm sợi đốt F, catốt K, lưới điều chế M, các anốt A1,A2. Nhiệm vụ: tạogiatốcvàhộitụ chùm tia điệntử -Cácđiệncựccódạng hình trụ, làm bằng Niken, riêng Katốtcóphủ một lớp Ôxit kim loại ở đáy để tăng khả năng bứcxạ điệntử. -Cácđiệncực phía sau thường có vành rộng hơn điệncực phía trướcvà có nhiềuváchngăn Æcác chùm điệntử không đi quá xa trục ống Æ việc hộitụ sẽ dễ dàng hơn. Vớicấutạo đặcbiệtcủacácđiệncựcnhư vậysẽ tạo ra 1 từ trường không đều đặcbiệtcóthể hộitụ và gia tốcchùmtia. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 78 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Nguồncấp: UK = -2kV UKG = 0V-50V UA2 = 0V UA1 = 50V-300V + Lưới điềuchế G được cung cấp điệnápâmhơnso vớiK vàđược ghép sát K để dễ dàng cho việc điềuchỉnh cường độ của chùm điệntử bắntới màn hình. + ChiếtáptrênG (điềuchỉnh điệnáp) thường được đưa ra ngoài mặt máy và ký hiệu là Bright hoặc Intensity dùng để điềuchỉnh độ sáng tối của dao động đồ trên màn hình. + AnốtA2 (Anốtgiatốc) thường đượcnối đất để tránh méo dao động đồ khi điện áp cung cấpchocácđiệncực không phảilàđiệnápđốixứng. + AnốtA1 (Anốthộitụ) cũng có chiếtápđiềuchỉnh đưa ra ngoài mặt máy, ký hiệu là Focus, dùng để điềuchỉnh độ hộitụ của chùm tia điệntử trên màn hình. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 79 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Hình 4.9 – Cấutạo CRT khống chế bằng điệntrường GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 80 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Các mặt đẳng thế GA1A2 Màn hình K F Chùm điệntử C Lực tác dụng lên điệntử Hình 4.11 –Chùmđiệntử chuyển động qua điệntrường giữacácđiệncực GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 81 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
y = a Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) c) Hệ thống lái tia: có nhiệmvụ làm lệch chùm tia điệntử bắntới màn hình theo chiều đứng hoặcchiều ngang của màn hình. Cấutạogồm2 cặp phiếnlàmlệch được đặttrước, sau và bao quanh trục của ống: •Cặpláiđứng Y1Y2. •Cặp lái ngang X1X2 . GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 82 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Xét độ lệch củatiađiệntử theo chiều đứng: Khi Uy= 0, tia điệntử bắntới chính giữa màn hình tại điểmC. Khi Uy ≠ 0, điệntrường giữa các phiếnlàmlệch sẽ làm lệch quỹ đạocủatia điệntử theo chiều đứng và bắntới màn hình tạivị trí M, lệch 1 khoảng là y UlyyLy yS==oyyU Y 2dUyA Uy 1 M + chùm e- A2 y lL y yy C S == độ nhạycủa ống dy oy Ud2 U - yyA tia điệntử Y 2 Ly ly Ly : khoảng cách từ cặpláiđứng đến màn hình Màn hình l : chiềudàicủacáccặp phiếnlàmlệch y Hình 4.12 dy : khoảng cách giữa 2 phiếnlàmlệch UA : điệnápgiatốccủa ống tia (phụ thuộcvàoUA2 và K) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 83 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Tương tự, độ lệch củatiađiệntử theo chiều ngang: UlxxLx x ==SUox x 2dUxA * Nguyên lý tạo ảnh trên màn máy hiện sóng: Hệ thống lái tia điềukhiển đồng thờitiađiệntử theo 2 trục: trụcthẳng đứng và trụcnằm ngang, nghĩalàđồng thời đưavàođèn ống tia điện tử 2 điệnápđiềukhiểnUY và UX . Giả sửđUUth = m sinω.t ưa vào kênh Y và đưatớicặpláiđứng Y1Y2; điện áp quét Uq = a.t đưatớicặpláingangX1X2 Î điệnáptrêncác cặpláitianhư sau: U y = U y1y2 = U th S y Sy = KySoy GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 84 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.2.3. Mộtsố chếđộlàm việc: a. Quét liên tục đồng bộ trong (ngoài) • Dùng để quan sát ảnh của tín hiệu liên tục theo thời gian và đo các tham số của chúng. •S2 ở vị trí CH (hoặc EXT nếu là đồng bộ ngoài), S3 ở vị trí 2 •Tín hiệu từ lối vào kênh Y, qua Mạch vào và bộ phân áp Y được khuếch đại tới một mức nhất định, sau đó được giữ chậm lại rồi đưa qua Bộ KĐ Y đối xứng để tạo 2 tín hiệu có biên độ đủ lớn, đảo pha nhau đưa tới 2 phiến đứng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 85 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) b. Quét đợi đồng bộ trong • Dùng để quan sát và đo tham số của dãy xung không tuần hoàn hoặc dãy xung tuần hoàn có độ hổng lớn. •S2 ở vị trí CH, S3 ở vị trí 1 • Quá trình hoạt động: giống chế độ 1 c. Chế độ khuếch đại • Dùng để đo tần số, góc lệch pha, độ sâu điều chế, vẽ đặc tính Vôn- Ampe của điốt hoặc dùng làm thiết bị so sánh. Hình nhận được trên màn MHS gọi là hình Lixazu •S3 ở vị trí 3 •Bộ tạo quét trong được ngắt ra khỏi quá trình hoạt động. MHS làm việc theo 2 kênh độc lập X,Y và đầu vào X cũng là đầu vào tín hiệu GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 86 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.3. MHS nhiều tia Dùng để quan sát đồng thời nhiều quá trình (tín hiệu) MHS 2 tia có lối vào cặpphiếnlệch đứng tách biệt (kênh A, kênh B): •Mỗi kênh có mạch KĐ làm lệch riêng •Mộtbộ tạogốcthời gian chung cho cả 2 kênh MHS 2 kênh dùng ống tia điệntử 1 tiavàCM điệntử •Hai bộ KĐ tín hiệu vào riêng cho kênh A, kênh B •Mộtbộ KĐ lệch đứng cho cả 2 kênh. Tín hiệuvàobộ KĐ này được chuyển mạch luân phiên giữa 2 kênh •Bộ tạogốcthời gian (bộ tạo sóng quét ngang) điềukhiểntầnsố chuyểnmạch Hình 4.13 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 87 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) a) Phương pháp dùng chuyển mạch điện tử kiểu luân phiên (ALT mode): • Tín hiệuvàobộ KĐ lệch đứng được chuyển mạch luân phiên giữa các kênh A và B. •Bộ tạogốcthời gian điềukhiểntầnsố chuyển mạch •0÷t1: tín hiệu từ kênh A được nối tới bộ KĐ lệch đứng, tạo thành vết trên màn hiện sóng •t1÷t2: tín hiệu từ kênh B được nối tới bộ KĐ lệch đứng, tạo thành vết trên màn hiện sóng • Hai tín hiệu ở hai kênh có cùng chu kì T và được đồng bộ với nhau. c) •Dịch chỉnh DC: dịch chuyển tín hiệu kênh A (kênh B) trên màn theo phương thẳng đứng Dạng bằng điện áp một chiều sóng • Ở các chu kỳ tiếp theo: quá trình lặp lại như hiện trên. Tần số lặp cao đến mức mà các dạng sóng như được hiện đồng thời. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà Hình 4.14 www.ptit.edu.vn Trang 88 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) b)Phương pháp dùng chuyển mạch điện tử kiểu ngắt quãng (Chop mode switching): Sử dụng tần số chuyển mạch cao hơn nhiều so với chế độ luân phiên. •T1, T3, T5, T7, tín hiệu vào kênh A đượctạo ra trên màn •T2, T4, T6, tín hiệu vào kênh B đượctạora trên màn •Các dạng sóng ở kênh A và B được hiện hình như những đường đứt nét. Khi tần số chuyển mạch là cao tần Ækhông thể nhận ra những chỗ đứt nét •fth nhỏ: ảnh hiện trên màn MHS gần như liên tục •fth lớn; nfcm ≠ mfth : các đoạn ngắt bị lấp do độ dư huy của ống và độ lưu ảnh của mắt. Chú ý: đối với tín hiệu cao tầnthìkiểu luân phiên là tốtnhất, còn đối với tín hiệutầnsố thấp thì nên dùng chuyểnmạch ngắt quãng Hình 4.15 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 89 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo thời gian: (a) (b) (c) (d) Hình 4.16 - SơđồkhốiCM điệntử phân đường theo thờigian Hình 4.17 -Giản đồ thờigian GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 90 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Mỗi kênh tín hiệu được cộng thêm một lượng điện áp 1 chiều E khác nhau Æ các đường biểu diễn trên màn hình MHS được tách riêng từng đường, hình (a). •Sau đó tín hiệu được đưa đến mạch cửa, và chỉ qua được cửa khi có tín hiệu mở cửa từ bộ Phát sóng chuyển mạch. •Tín hiệu mở cửa là các xung vuông có thời gian xuất hiện xen kẽ và lần lượt cho từng cửa một, hình (b). •Tại mỗi thời điểm chỉ có duy nhất 1 cửa được mở và cho tín hiệu của một kênh đi qua. • Bộ tổng cộng các tín hiệu ở đầu ra các cửa, UYΣ có dạng xung với biên độ tỉ lệ với giá trị của các tín hiệu cần quan sát tại thời điểm có xung mở cửa tương ứng với các kênh, hình (c). • Sau khi khuếch đại Y, MHS có được hình biểu diễn tín hiệu của các kênh dưới dạng đường nét đứt, hình (c). •MHS làm việc ở chế độ đồng bộ với chu kì của tín hiệu cần quan sát và không đồng bộ với tín hiệu chuyển mạch. • Dùng những xung có độ rộng rất nhỏ (UZ) được tạo ra từ mạch vi phân từ các xung mở cửa đưa vào kênh Z để điều chế độ sáng của ảnh, hình (d). GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 91 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo mức: En Hình 4.18 - SơđồkhốiCM điệntử Hình 4.19 - Giản đồ thờigian phân đường theo mức GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 92 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Phần hiển thị là Ống truyền hình làm lệch bằng từ trường • Nguyên lí hoạt động: chuyển các giá trị tức thời của tín hiệu các kênh thành các chuỗi xung rất hẹp xuất hiện tại các thời điểm mà tuỳ thuộc vào điện áp tín hiệu nghiên cứu. Các xung này được đưa vào để khống chế độ sáng của ống hiện hình. •Mỗi kênh tín hiệu được cộng thêm một lượng điện áp 1 chiều E khác nhau, rồi đưa đến so sánh với tín hiệu là xung răng cưa đưa tới từ bộ KĐ lệch đứng của MHS (tín hiệu quét dòng). •Mỗi khi URC = Uth, thì ở đầu ra của bộ so sánh sẽ xuất hiện một xung hẹp. Các xung hẹp này được cộng với nhau rồi đưa vào khống chế độ sáng của ống hiện hình. •Tại thời điểm có xung, trên màn hình xuất hiện một chấm sáng trong khi bình thường thì tối. Vết của chấm sáng trên màn hình biểu diễn hình điện áp của các tín hiệu cần quan sát. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 93 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Hình 4.19.1 – Máy hiện sóng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 94 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.4. Ôxilô điệntử số: 1. Ưu điểm: •Duy trìảnh của tín hiệu trên màn hình với khoảng thời gian không hạn chế. •Tốc độ đọc có thể thay đổi trong giới hạn rộng •Cóthể xem lại các đoạn hình ảnh lưu giữ với tốc độ thấp hơn nhiều • Hình ảnh tốt hơn, tương phản hơn so với loại ôxilô tương tự •Vận hành đơn giản •Số liệu cần quan sát dưới dạng số có thể được xử lí trong ôxilô hoặc truyền trực tiếp vào máy tính khi ghép ôxilô với máy tính. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 95 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 2. Cấu tạo và hoạt động: Hình 4.20 – Máy hiện sóng sốđơngiản Chuyểnmạch S ở vị trí 1: Ôxilô đa năng thông thường Chuyểnmạch S ở vị trí 2: Ôxilô có nhớ số. • Điện áp cần quan sát được đưa tới đầu vào Y, tới bộ ADC. Lúc đó bộ điều khiển gửi 1 lệnh tới đầu vào điều khiển của bộ ADC và khởi động quá trình biến đổi. Kết quả là điện áp tín hiệu được số hoá. Khi kết thúc quá trình biến đổi, bộ ADC gửi tín hiệu kết thúc tới bộ điều khiển. •Mỗi số nhị phân được chuyển tới bộ nhớ và được nhớởvị trí ô nhớ riêng biệt. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 96 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) •Khi cần thiết, một lệnh từ bộ điều khiển làm cho các số nhị phân này sắp xếp theo chuỗi lại theo thứ tự đã xác định và được đưa đến bộ DAC • DAC biến đổi các giá trị nhị phân thành điệnáptương tựđể đưa qua bộ khuếch đại Y tới cặp phiếnlàmlệch Y của ống tia điệntử. •Do bộ nhớđược liên tiếp quét nhiềulần trong 1 giây nên màn hình được sáng liên tụcvàhiệndạng sóng là hình vẽ các điểm sáng. • Nhược điểm: dải tầnbị hạnchế (khoảng 1-10MHz) do tốc độ biến đổi củabộ ADC thấp. Hiện nay, các ôxilô có nhớ số có dải tầnrộng được phát triển nhờ cài đặtVXL, cácbộ biến đổi ADC có tốc độ biến đổi nhanh hơn GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 97 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha • Khái niệm chung • Đo tần số, sử dụng: •Các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số •Phương pháp so sánh •Phương pháp số • Đo độ di pha, sử dụng: •Phương pháp đo khoảng thời gian • Pha mét chỉ thị số •Phương pháp vẽ dao động đồ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 98 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.1. Khái niệm chung •Tầnsố là số chu kì của 1 dao động trong một đơn vị thời gian. •Tầnsố góc: ω()t biểuthị tốc độ biến đổi pha củadao động dϕ ω()t = dt ω(t), f (t) là tần số góc tức thời và tần số tức thời ω()t = 2πf (t) • Quan hệ giữa tần số và bước sóng: c c f = hay λ = λ f 1 • Quan hệ giữa chu kì và tần số: f = T Đặc điểm của phép đo tần số: • là phép đo có độ chính xác cao nhất trong kĩ thuật đo lường nhờ sự phát triển vượt bậc của việc chế tạo các mẫu tần số có độ chính xác và ổn định cao. •Lượng trình đo rộng (đến 3.1011 Hz). Lượng trình đo được phân thành các dải tần số khác nhau. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 99 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha Các dải tần số: •Dải tần thấp: 3GHz Các dải tần số khác nhau có các phương pháp đo tần số khác nhau. Bao gồm: ¾ Nhóm phương pháp đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số ¾ Nhóm phương pháp so sánh ¾ Nhóm phương pháp số Phép đo tần số thường được sử dụng để kiểm tra, hiệu chuẩn các máy tạo tín hiệu đo lường, các máy thu phát; xác định tần số cộng hưởng của các mạch dao động; xác định dải thông của bộ lọc; kiểm tra độ lệch tần số của các thiết bị đang khai thác GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 100 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.2. Đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số Z 5.2.1. Phương pháp cầu Z1 2 Dùng các cầu đo mà điều kiện cân bằng của cầu phụ thuộc vào tần số nguồn điện cung cấp cho cầu. * Mạch cầu tổng quát: Z Điều kiện cân bằng cầu: 4 Z3 Z .Z = Z .Z →U = 0 1 3 2 4 AB Hình 5-1 VD1: Điều kiện cân bằng cầu: R1.Z3 = R2.R4 ⎛ 1 ⎞ ⎜ ⎟ 3 Z3 = R3 + j⎜ωLx − ⎟ ⎝ ωC3 ⎠ Hình 5-2 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 101 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha Điều chuẩn nhánh cộng hưởng nối tiếp cho cộng hưởng tại tần số cần đo fx (điều chỉnh C3). 1 1 Khi đó ωx Lx = ⇒ f x = ωxC3 2π LxC3 Z3 = R3 R1.R3 = R2.R4 Bộ chỉ thị cân bằng là vôn mét chỉnh lưu, vôn mét điện tử. Nhược điểm: • Khó đo được tần số thấp do khó chế tạo cuộn cảm có L lớn ở tần số thấp. •Khóthực hiện chỉ thị 0 do có tác động của điện từ trường lên cuộn cảm GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 102 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha VD2: Điều kiện cân bằng cầu: R'.R ⎛ 1 ⎞ 1 3 ' ⎜ ⎟ = R2 ⎜ R4 + ⎟ 1+ jωx R3C3 ⎝ jωx R4 ⎠ R' R C 1 V 1 4 3 = ω C R R ⇒ ' = + và x 3 3 4 R2 R3 C4 ωxC4 1 ⇒ ωx = 2πf x = R3R4C3C4 Chọn R3 = R4 = R và C3 = C4 = C ta có: 1 R' f = 1 = 2 x ; ' Hình 5-3 2πRC R2 ' ' R1 = R1 +VR1 R2 = R2 +VR2 VR1,VR2 là phần điệntrở củabiếntrở VR trên nhánh 1,2 tương ứng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 103 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha VD3: Cầu T kép Điều kiện cân bằng cầu: 2 2 ⎪⎧ωx R2 C1C2 = 2 ⎨ 2 2 ⎩⎪2ωxC1 R1R2 =1 Khi : C2 = 2C1 và R2 = 2R1 1 1 Hình 5-4 ωx = f x = 2R1C1 4πR1C1 Thang độ của biến trở R1 được khắc độ trực tiếp theo đơn vị tần số. Phương pháp cầu dùng để đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm Khz. Sai số: (0,5-1)% GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 104 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.2.2. Phương pháp cộng hưởng U Khối Mạch Chỉ thị (fx) CH Dùng để đo tần số cao và siêu cao ghép tín CH hiệu Nguyên tắc chung: dựa vào nguyên lý chọnlọctầnsố củamạch cộng hưởng. Điều •Khốicơ bảncủatầnsố một này là mạch cộng hưởng. chuẩn Mạch này đượckíchthíchbằng dao động lấytừ Hình 5-5 nguồncótầnsố cần đo thông qua Khối ghép tín hiệu. •Việc điềuchỉnh để thiếtlậptrạng thái cộng hưởng nhờ dùng Khối điều chuẩn. •Hiệntượng cộng hưởng được phát hiệnbằng Khốichỉ thị cộng hưởng. Khối này thường là Vônmét tách sóng. •Tuỳ theo dảitầnsố mà cấutạocủamạch cộng hưởng khác nhau. Có 3 loạimạch cộng hưởng: ¾ Mạch cộng hưởng có L, C tập trung ¾ Mạch cộng hưởng có L, C phân bố ¾ Mạch cộng hưởng có L phân bố, C tập trung. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 105 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 1. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số tập trung + C và L đềulàcáclinhkiện có thông số tập trung. Bộ phận điềuchỉnh cộng hưởng chính U Lg L fx C Tụđiều là tụ biến đổi C có thang khắc độ theo đợnvị tầnsố. chỉnh + Ufx được ghép vào mạch cộng hưởng thông qua D cuộn ghép Lg. L Chỉ thị cộng + Mạch chỉ thị cộng hưởng là mạch ghép hỗ cảm 2 hưởng giữacuộn dây L2 và L và được tách sóng bằng điốt và chỉ thị bằng cơ cấu đotừ điện. Hình 5-6 + Khi đotađưaUfx vào và điềuchỉnh tụ C để mạch cộng hưởng. Khi đócơ cấu đosẽ chỉ thị cực đại. 1 f = x 2π LC + Tầnsố mét loại này thường dùng trong dải sóng: 10 kHz ÷500 MHz. + Sai số: (0,25-3)% GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 106 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 2. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng cáp đồng trục. V® l P + ở đây mạch cộng hưởng là 1 đoạncápđồng t® trụccónốitắt1 đầu, đầukiađượcnốibằng 1 pít tông P có thể dịch chuyểndọctrụcbởihệ thống Vg răng cưaxoắn ốccókhắc độ. + vòng ghép Vg đưa t/h vào, còn vòng ghép Vđ Hình 5-7 ghép t/h ra mạch chỉ thị cộng hưởng. + Các chỗ ghép đều ở gầnvị trí nốitắtcố định sao cho các vị trí này gần vớivị trí bụng sóng để khi có chiều dài tương đương ltd=λ/2 thỡ thiếtbị chỉ thị sẽ chỉ cực đại. + Khi dịch chuyển pít tông với độ dài bằng bộisố nguyên lần λ/2 sẽ đạt cộng hưởng Æcó thể xác định bước sóng bằng cách lấy2 điểmcộng hưởng lân cậnl1=nλ/2; l2=(n-1) λ/2 ⇒ l1-l2=λ/2 + Kếtquả bước sóng đo đượccủatínhiệusiêucaotầnxđ bởicôngthức: λ=2(l1-l2) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 107 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha +Bước sóng (hoặctầnsố) đượckhắc độ trựctiếptrênhệ thống điềuchỉnh pít tông. +Tầnsố mét loạinàythường dùng trong dải sóng từ 3cm - 20cm +Do có hệ số phẩmchất cao (khoảng 5000) nên sai số củanókhoảng 0,5%. 3. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng ống dẫn sóng + ống dẫn sóng có thể là loại ống dẫn sóng chữ nhật hay ống dẫn sóng tròn. + Piston P có thể điềuchỉnh dọc theo ống bởihệ § thống róng cưaxoắn ốc đượckhắc độ tầnsố. Năng lượng kích thích hốccộng hưởng được ghép V® P l qua lỗ hổng G trên thành đượcnốitắtcủa ống. t® + Khi điềuchỉnh piston P để có ltd=nλ/2 thì thiếtbị G chỉ thị sẽ chỉ cực đại. +Tầnsố mét vớihốccộng hưởng thích hợpvớidải sóng nhỏ hơn3cm. Hình 5-8 +Do cóhệ số phẩmchất cao (khoảng 30000) nên sai số củanónhỏ khoảng (0,01÷0,05)%. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 108 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.3. Đo tần số bằng phương pháp so sánh Phương pháp quét sin: -MHS đặt ở chếđộkhuếch đại. - Điệnápcótầnsố cần đo Ufx được đưa vào kênh Y, điệnápcótầnsố mẫuUfm đưa vào kênh X. -Hình ảnh nhận được trên màn là hình Lixazu. Thay đổi fm sao cho trên màn nhận đượchình Lixazu ổn định nhất. nY=4, nX=2 fm nY Hình 5-9 -Khi đó: = với nY, nX nguyên dương f n x X nY : số giao điểm của đường cắt dọc với ảnh nX : số giao điểm của đường cắt ngang với ảnh f X nY -Tổng quát: = fX : tầnsốđưa vào kênh lệch ngang X f n Y X fY : tầnsốđưa vào kênh lệch đứng Y GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 109 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4. Đo tầnsố bằng phương pháp số Là p2 hiện đại và thông dụng nhất để đo tầnsố Ưu điểm: Độ chính xác cao Độ nhạylớn Tốc độ đo lớn, tựđộng hoá hoàn toàn trong quá trình đo Kếtquảđo hiểnthị dưới dạng số Phân loại: Phương pháp xác định nhiềuchukỳ Phương pháp xác định mộtchukỳ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 110 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha U U TạUo U UUd 5.4.1. Phương pháp fx M¹fx chMạch T¹ o d¹ ng x x Khãa đ Bộ Béđếm ® Õm dạng Khoá xác định nhiềuchu kỳ vµo vào xung xungxung xung a U ã Uđk Nx dk xung x xoá g n fch Uct Tạo Giải mã Tạo NXu hình 5.10 Chia x Gi¶i m· vµ T¹o xungxung Uch T¹o xunxungg và chỉ tần Xung chèt chØ thÞ chchuuÈnẩn ®i Òu khiÓđniều thị khiển xung Ufx chốt a) t T Ux x b) t Δ t Udk c) hình 5.11 t Udo d) { t N x GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 111 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.1. Phương pháp xác định nhiều chu kỳ (tiếp) a. Sơ đồ khối U Tạo U U fx Mạch x đ Bộ đếm dạng Khoá vào xung xung U đk xung xoá fch Uct Tạo Giải mã Tạo Chia Nx xung tần xung và chỉ chuẩn điều thị khiển xung chốt Hình 5-10: Sơ đồ khốimáyđếmtầntheophương pháp xác định nhiều chu kỳ b. Chứcnăng các khối: -Mạch vào:thựchiệntiềnxử lý như phân áp, lọcnhiễu hoặcbiến đổit/h tuần hoàn dạng bấtkỳởđầu vào thành hình sin cùng chu kỳ vớit/hvào đó. -Mạch tạodạng xung:biến đổi t/h hình sin có chu kỳ Tx thành t/h xung nhọn đơncực tính có chu kỳ Tx. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 112 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha b. Chứcnăng các khối: (tiếp) - Tạo xung chuẩn: thường gồmcóbộ dao động thạch anh, các bộ chia hay nhân tầnsố, và bộ tạodạng xung. Bộ dao động thạch anh tạo ra các xung t/g có độ chính xác cao với tầnsố f0, xung chuẩnnàyđược đưa qua bộ chia tần để tạo k ra xung có tầnsố là fch = f0/n = 10 (Hz). - Tạo xung điềukhiển: nhậnt/hUch và tạoraxungđ/k đóng -k mở khoá có độ rộng Δt = Tch=10 (s) - Mạch giảimãvàchỉ thị: Giải mã xung đếm đượcvàđưa vào các cơ cấuchỉ thị số, có thể là dùng Led 7 đoạnhoặc LCD để chỉ thị kếtquả cần đo. - Bộ đếm: đếm các xung ở đầura. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 113 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha c. Nguyên lý làm việc: Ufx -Trong t/g có xung điềukhiển a) khoá sẽ đượcmở, xung đếm t qua khoá kích thích cho bộ T Ux x đếm xung. b) -Giả sử trong 1 chu kỳ đếm Δt, t Δt đếm đượcNx xung. Số xung Nx Udk này sẽ được đưa qua mạch giải c) mã và chỉ thị để hiểnthị kết t quả là tầnsố cần đo Udo N d) Δt = N T = x xx { t f x Nx N x 1 ⇒ fx = , với Δ t = Tch = Δ t f ch Hình 5-11: Giản đồ thờigian N x vậy fxx = =N.fch T ch k k Nếuchọn fch = 10(Hz) thì fxx = 10.N (Hz) GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 114 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha d. Đánh giá sai số: -Sai số của xung đ/k (Δt) do sai số của bộ tạo xung chuẩn và bộ tạo xung đ/k gây ra. - Sai số lượng tử: sai số tuyệt đốilà± 1 xung đếm, sai số tương đốilà± 1/Nx fx tăng Æ Nx tăng Æ ± 1/Nx giảm. fx giảm ÆNx giảm Æ ± 1/Nx tăng. -Khi fx nhỏảnh hưởng của sai số lượng tử sẽ lớn Æ trong trường hợp này ta sẽ chuyển sang phương pháp đo xác định 1 chu kỳ. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 115 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.2. Phương pháp xác định một chu kỳ Ufx t Tạo Giải Uch U Nx xung đ Bộđếm mã và U Tx Khoá x đếm xung chỉ thị chuẩn số t xung U dk (n = 1) Δt = nTx Uđk xoá Tạo Tạo Ufx Mạch U t x Uch T vào dạng xung xung đk xung chốt t Udo Hình 5-12 { t Nx xung hình 5.13 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 116 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.2. Phương pháp xác định một chu kỳ (tiếp) a. Sơ đồ khối Tạo U Giải ch U N xung đ Bộđếm x mã và Khoá đếm xung chỉ thị chuẩn số xung Uđk xoá U Tạo Tạo fx Mạch Ux vào dạng xung xung đk xung chốt Hình 5-12 b. Chứcnăng các khối: -Mạch vào: Thựchiệntiềnxử lý như phân áp, lọcnhiễu hoặcbiến đổitín hiệutuần hoàn dạng bấtkỳởđầu vào thành hình sin cùng chu kỳ với tín hiệuvàođó. -Mạch tạodạng xung: Biến đổi tín hiệuhìnhsin cóchukỳ Tx thành tín hiệu xung nhọn đơncựctínhcóchukỳ Tx. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 117 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha b. Chứcnăng các khối: (tiếp) - Tạoxungchuẩn: Tạo ra các xung thờigianchuẩncóđộ chính xác cao vớitầnsố fch. Các xung này đượcsử dụng làm xung đếm đưatới khóa. - Tạoxungđiềukhiển: Nhận tín hiệutừ mạch tạodạng xung và tạoraxungđiềukhiển đóng mở khoá có độ rộng Δt = nTx (s). - Bộ đếm: Đếm các xung ở đầu ra, xung đếmlấytừ bộ tạo xung đếmchuẩn. - Mạch giảimãvàchỉ thị: Giảimãxungđếm đượcvàđưavào các cơ cấuchỉ thị số, có thể là dùng Led 7 đoạnhoặc LCD để chỉ thị kếtquả cần đo. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 118 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha c. Nguyên lý làm vi c: ệ Ufx - T/h Ufx đưa qua Mạch vào tới Bộ tạodạng xung để tạo ra xung nhọncó t chu kỳ Tx. Xung này sẽ đ/k Bộ tạo dạng xung đ/k để tạoraxungđ/k có Tx Ux độ rộng Δt=nTx (VD: n=1) - Trong t/gian có xung Δt, xung đếm t chuẩnUch qua khoá kích thích cho bộ U đếm xung. dk (n = 1) Δt = nTx - Giả sử đếm đượcNx xung thì số xung N này sẽ được đưa qua mạch t x chT giảimãvàchỉ thị để đạt đượckếtquả Uch là tầnsố hoặcchukỳ cần đo Δt=T =N .T , vớiT là chu kỳ của t x x ch ch U xung đếmchuẩn do ⇒ fx=1/Tx = 1/NxTch = fch/Nx 10k { t Nếuchọn f = 10k(Hz) thì f = (Hz) ch x Nx xung Nx vớik = 0, ±1, ±2, Hình 5-13 Giản đồ thờigian GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 119 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha d. Đánh giá sai số: -Do saisố của xung đếm -Do saisố lượng tử (±1/Nx) Kếthợp2 p2 đotrênđể tạora1 máy đếmtầncódảitần đorộng và độ chính xác cao. 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm Các phương pháp làm giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm: -Tăng tầnsố chuẩn -Tăng chu kỳ xung tín hiệu đoq.Tx -Phương pháp đếmnộisuy GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 120 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 a) t xung đếm (tiếp) Tx Phương pháp đếmnộisuy b) t -Tín hiệucódạng hình sin, Δt1 c) có tầnsố fx cần đonhư hình t 5.14a. Tín hiệu này được d) thựchiệnbiến đổidạng { t n thành chuỗi xung nhọn, có cùng chu kỳ Tx bởibộ tạo e) t dạng xung như hình 5.14b. Δt2x = nT -Mộttínhiệu xung cửathứ f) T t nhấtcóđộ rộng , đượctạora c từ bộ tạocửalogic (hình g) 5.14c). Tín hiệu này được t sinh ra là độclậpvớichuỗi h) { t xung trên. N GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 121 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm(tiếp) Phương pháp đếmnộisuy -Trong khoảng thờigianbằng độ rộng xung cửa,Δt1 số lượng xung tín hiệucần đo ở đầu vào là n (hình 5.14d), được đếm và ghi giữ số liệulại trong bộ nhớ. n Ta có: fx′ = Δt1 Trị số fx′ là khác vớitrị số fx cần đobởicósaisố ± xung đếm. Khi xung tín hiệucửathứ hai đượcchứa đầy xung tín hiệu đếm Tx (hình 5.14g), và số lượng xung đếm đượclàN, thìcũng được ghi giữ lại (hình 5.14h). Ta có: Δt2x = n.T n.T n.f Do đó: N = x = c Tfcx n f = f xcN GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 122 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm(tiếp) Đánh giá sai số phương pháp đếmnộisuysố GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 123 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.5. Đo độ di pha u1 = U m1 sin()ωt + ϕ1 u2 = U m2 sin()ωt + ϕ2 Δϕ = ϕ1 − ϕ2 Các phương pháp: •phương pháp vẽ dao động đồ •phương pháp biến đổi độ di pha thành khoảng thời gian •phương pháp biến đổi độ di pha thành điện áp; GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 124 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.5.1. Đo di pha bằng pp đo khoảng thời gian Là phương pháp phổ biến để đo pha Nguyên lí: + Biến đổi các điệnápcódạng hình sin thành các xung nhọntương ứng với các thời điểmmàđiệnápbiến đổi qua giá trị 0 với giá trịđạo hàm cùng dấu. +Khoảng thời gian giữa 2 xung gần nhau của2 điệnápđo tỉ lệ với góc di pha của chúng. ω = 2πT và ϕ = ωΔT ΔT 0 0 ΔT ϕ = 2π (rad) hay ϕ = 360 Hình 5-14 T T GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 125 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha Pha mét dùng mạch đa hài đồng bộ Hình 5-15 •Các điện áp hình sin cần đo độ di pha được đưa vào 2 đầu vào I và II • Điện áp hình sin được biến đổi thành các xung vuông nhờ Mạch KĐ hạn chế và Đa hài đồng bộ, rồi được đưa đến Mạch vi phân phân bố. • (Các chu kì dao động bản thân của bộ đa hài được chọn sao cho nó lớn hơn chu kì của điện áp đo có tần số thấp nhất) • Đầu ra của Mạch vi phân phân bố là các xung nhọn, được đưa tới khống chế hai bộ Đa hài đồng bộ I và II. • Đầu ra của 2 bộ đa hài này được đưa tới một mạch tổng hợp, mạch này có đồng hồ để đo thời gian lệch giữa các xung, cũng là góc di pha ϕ của 2 điện áp. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 126 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha -Mạch vi phân phân bố: • đầu ra của nó đưa tới đầu vào Bộ đa hài đồng bộ I chỉ các xung nhọn dương (hình c) tương ứng với sườn trước của xung vuông đường thứ nhất và các xung nhọn âm (hình d) tương ứng với sườn sau của xung vuông đường thứ 2 • Đưa tới Bộ đa hài đồng bộ II chỉ các xung nhọn dương (hình d) của đường thứ 2 và các xung nhọn âm (hình c) đường thứ nhất •xác định độ rộng của các xung đưa ra (hình đ, e) 2ΔT 0 0 I0 I0 = I m ϕ =180 T I m Hình 5-16 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 127 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.5.2. Pha mét chỉ thị số a.Chức năng các khối: •Mạch vào: thực hiện tiền xử lý tín hiệu vào, lọc nhiễu. •Tạo dạng xung: biến đổi tín hiệu vào tạo ra các xung đo cực tính có chu kỳ T=chu kỳ tín hiệu vào Ux1, Ux2. • Trigger: tạo ra xung vuông có độ rộng và chu kỳ T chính là nhờ Ux1, Ux2(Ux1 được đưa vào đầu thiết lập S của Trigger, Ux2 được đưa vào đầu xoá R của Trigger). •Tạo xung đếm chuẩn có chu kỳ Tch . •Tạo xung đo: chia tần số xung đếm chuẩn tạo ra xung đo có độ rộng Tđo. U (t) Mạch Tạodạng 1 U vào 1 xung x1 Unx UT Uđ Bộđếm Trigger Khoá Khoá xung U2(t) Mạch Tạodạng 1 2 U U vào 2 xung x2 ch xung Nx xoá Uđo Giảimã Tạo xung Tạo xung và chuẩn đo xung chốt chỉ thị Hình 5.17- Sơđồ khốicủa Phamét số GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 128 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha U U1 b/ Nguyên lý làm việc: th U 2 t • Xung UT từ Trigger sẽ điều khiển đóng U mở khoá 1. Mỗi khi có xung, xung đếm x1 t U từ bộ tạo xung đếm chuẩn sẽ được ch U đưa qua khoá 1 và đầu ra của khoá 1 là x2 t xung Unx là 1 chuỗi gồm nhiều nhóm U ΔT xung đếm và được đưa vào khoá 2. T T t • Xung đo Uđ điều khiển đóng mở khoá 2 U trong thời gian có xung đo Tđo . ch •Giả sử có h nhóm xung được đưa qua t khoá 2 vào kích thích cho bộ đếm xung, Unx n xung tổng số xung đếm được là Nx, số xung Nx t T này được đưa qua mạch giải mã và chỉ Uđo đo thị để hiển thị kết quả là góc lệch pha cần t đo. Uđ • Ta có góc lệch pha giữa 2 tín hiệu U1(t) t và U2(t) là Nx xung Hình 5.18 -Giản đồ thời gian GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 129 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha ΔT Δ=ϕ 3600. , ΔT = nT T ch (n là số xung của 1 nhóm xung, Tch là chu kỳ xung đếm chuẩn). N x Tđo =h.T, n = h Tch ⇒ Δϕ = 360 .N x Tdo c. Đánh giá sai số: •Do saisố củaT . ch 1 1 •Do saisố lượng tử : ± , ± n h ' ' •Saisố do độ không đồng nhấtcủa kênh 1, kênh 2 là Δϕ → Δϕdo = Δϕ + Δϕ •Khắcphục: + Đưa tín hiệuU1(t) hoặcU2(t) vào cả 2 kênh, giả sử Phamét chỉ thị giá trị là ' ' ' Δϕdo = Δϕ , ta có: Δϕ = Δϕdo − Δϕdo + Quá trình hiệuchỉnh này có thểđượcthựchiệnnhờ bộđếm xung thuận nghịch. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 130 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha 5.5.3. Đo độ di pha bằng phương pháp vẽ dao động đồ U 1. Phương pháp dùng quét tuyến tính: 1 U2 u1 = U m1 sin()ωt + ϕ1 u2 = U m2 sin()ωt + ϕ2 T ΔT Δ Δϕ = ϕ1 − ϕ2 = 360. T T 2. Phương pháp Lixazu: Hình 5.19 Giả thiết đo độ di pha củat/hiệuqua mộtM4C. Phương pháp này có thể sử dụng Oxilo 1 kênh hoặc 2 kênh. Giả sử ta sử dụng ôxilô 2 kênh, sơđồnhư hình 5-20. +Điềuchỉnh ôxilô làm việc ở chếđộquét Lixazu: U (t) CH CH U (t) Chọn chuyểnmạch X-Y 1 1 2 2 UV Ur Vert.Mode Æ CH2 = UCH2ÆKênh Y M4C Source Æ CH1 = UCH1ÆKênh X Hình 5.20 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 131 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha + Điềuchỉnh hệ số lệch pha để nhận được dao động đồ Lixazu nằm chính giữa và trong giớihạn màn hình. Volts/div (CH1 và CH2) y POS-Y (CH1) x A POS-X YMAX Dao động đồ sẽ có dạng đường thẳng hoặc đường Elip. B X + Xác định gốc trung tâm của dao động đồ: đưa MAX các chuyểnmạch kếtnối đầuvàocủacả 2 kênh về Hình 5.21 vị trí GND, trên màn hình sẽ là 1 điểm sáng, dịch chuyển điểm sáng đóvề chính giữa màn hình. + Đưa các chuyểnmạch kếtnối đầuvàovề vị trí AC, khi đósẽ nhận được dao động đồ có dạng đường thẳng hoặc Elip. + Xác định góc lệch pha: A B ⎛ A ⎞ ⎛ B ⎞ sin Δϕ = = ⇒ Δϕ = arcsin⎜ ⎟ = arcsin⎜ ⎟ Ymax X max ⎝ Ymax ⎠ ⎝ X max ⎠ GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 132 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 1. Đo dòng điện: một chiều, xoay chiều 2. Đo điện áp: một chiều, xoay chiều 3. Đồng hồ vạn năng: tương tự, số GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 133 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.1. Đo dòng điện 6.1.1. Đo dòng điện 1 chiều bằng Ampe mét từ điện •Dụng cụ đo: Ampe mét từ điện, được mắc nối tiếp với mạch có dòng điện cần đo sao cho tại cực dương dòng đi vào và tại cực âm dòng đi ra khỏi ampe mét. • Yêu cầu: nội trở RA nhỏ để đảm bảo ampe mét ảnh hưởng rất ít đến đến trị số dòng điện cần đo • Ampe mét từ điện: độ lệch của kim tỉ lệ thuận với dòng điện chạy qua cuộn dây. • Để đo I lớn Æ mắc điện trở sơn vào mạch đo: Iđo max = IA max + IS max Ta có: IS max.RS = IA max.RA I R I + I R + R S max = A ⇒ S max Amax = A S Hình 6.1 I Amax RS I Amax RS I R I domax =1+ A ; n = do max :hệ số mở rộng thang đo I Amax RS I Amax GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 134 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp R R = A S n −1 Thay đổi RS bằng các giá trị khác nhau Æ các thang đo khác nhau Ví dụ Ampe mét nhiều thang đo -Thay đổi vị trí CM ( B, C, D) Æ đo được các dòng có trị số khác nhau Chú ý: sử dụng công tắc đóng rồi cắt để dụng cụ không bị mất sơnÆ tránh để dòng qua quá lớn gây hỏng Hình 6.2 - Ampe mét nhiều thang đo đơn giản GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 135 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp -Sơn Ayrton: bảo vệ cuộn dây của khỏi bị dòng quá lớn khi CM giữa các sơn -Phân tích: CM ở B: RA // (R1 nt R2 nt R3) CM ở C: (RA nt R3) // (R1 nt R2) CM ở D: (RA nt R2 nt R3) // R1 Hình 6.3 – Ampe mét nhiều thang đo dùng sơn Ayrton GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 136 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Sai số do nhiệt độ: -Cuộn dây trong dụng cụ đo TĐNCVC được quấn bằng dây đồng mảnh, và điện trở của nó có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ -I chạy qua cuộn dâyÆnung nóng nóÆRcuộn dây thay đổi Æ sai số phép đo dòng -Khắc phục: mắc Rbù bằng Mangan hoặc Constantan với cuộn dây (Mangan hoặc Constantan có hệ số điện trở phụ thuộc t0 bằng 0) Hình 6.4 -Mắc điện trở bù để giảm sai số do nhiệt độ trong ampe mét nếu Rbù = 9 Rcuộn dây Æ RA = Rbù + Rcuộn dây = 10Rcuộn dây thì khi Rcuộn dây thay đổi 1% sẽ khiến cho RA thay đổi 0,1% RS cũng được làm bằng Mangan hoặc Constantan để tránh sự thay đổi điện trở theo t0 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 137 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.1.2. Đo dòng điện xoay chiều hình sin Cơ cấu đo điện từ được dùng phổ biến Để mở rộng giới hạn đo Æ dùng biến áp dòng điện (bộ biến dòng) Bộ biến dòng biến đổi I cần đo có trị số lớn sang dòng điện có trị số nhỏ mà cơ cấu đo điện từ có thể làm việc được. Cuộn dây W1 mắc nt với mạch có dòng điện cần đo Cuộn dây W2 mắc với ampe mét điện từ Số vòng W2 > số vòng W1 I W domax = 2 = n I Amax W1 W với n = 2 là hệ số biếndòng W1 Hình 6.5 - Ampe mét điện từ Iđo = n.IA GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 138 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Chú ý: dòng qua cơ cấu đo không được vượt quá IA max -Để có các thang đo khác nhau Æ cấu tạo bộ biến dòng với cuộn thứ cấp có nhiều đầu ra. Hình 6.6 – Ampe mét điện từ nhiều thang đo GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 139 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.2. Đo điện áp 6.2.1. Đặc điểm & yêu cầu - Phép đo dễ tiến hành, thực hiện nhanh chóng, độ chính xác cao. -Khoảng giá trị điện áp cần đo rộng (vài μV-vài trăm KV), trong dải tần số rộng (vài % Hz – hàng nghìn MHz), và dưới nhiều dạng tín hiệu điện áp khác nhau -Thiết bị đo điện áp phải có Zvào lớn * Các trị số điện áp cần đo -trị số đỉnh (Um), trị số hiệu dụng(Uhd, U),, trị số trung bình(Utb, U0) T 1 2 Uu= ()tdt T ∫ 0 Điện áp có chu kì dạng không sin: n 2222 2 UU=01+++UU2 =∑Uk k=0 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 140 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 1 T Uu0 = ()tdt T ∫0 Quan hệ giữa Um, U, U0 : Ura U kb = kd = U U0 kb : hệ số biên độ của tín hiệu điện áp; kd : hệ số dạng củatínhiệu điệnáp VD: h(6.7a) là điện áp hình sin: UUm = 2. ; UU0 = 0,9 ⇒=kb 1,41; kd =1,11 Hình 6.7a GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 141 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp h(6.7b) là điện áp xung răng cưa: T 2 UU1 2 U ut()=⇒mmt U= tdt=m TT∫ T 2 3 0 U U = m 0 2 ⇒=kb 1; kd = 2 Hình 6.7b GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 142 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp h(6.7c) là điện áp xung vuông góc: ⎧ T Ut:0≤≤ ⎪ m 2 ut()= ⎨ T ⎪−Ut: ≤≤T ⎩⎪ m 2 U = Um và U = Um ⇒ kb = kd = 1 Hình 6.7c GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 143 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.2.2. Đo điện áp 1 chiều (a) Dùng vôn mét từ điện: •Dụng cụ đo: Vôn mét từ điện, được mắc // với mạch có điện áp cần đo sao cho cực dương của Vôn mét nối với điểm có điện thế cao và cực âm của Vôn mét nối với điểm có điện thế thấp hơn. •Yêu cầu: điện trở vào của vôn mét RV nhỏ để đảm bảo vôn mét ảnh hưởng rất ít đến trị số điện áp cần đo • Để đo điện áp lớn Æ mắc điện trở phụ vào mạch đo: Uđo max = IV(Rp + RV) U R + R ⇒ domax = P V UV max RV U R Hình 6.8 -Cấu tạo một Vôn mét đơn giản ⇒ domax =1+ P = n ; n : hệ số mở rộng thang đo UV max RV GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 144 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp RP = (n −1)RV VD? * Vôn mét nhiều thang đo - Được cấu tạo từ một dụng cụ đo độ lệch, một số điện trở phụ và một công tắc xoay -2 mạch vôn kế nhiều khoảng đo thường dùng: (H6.9a) ở 1 thời điểm chỉ có 1 trong 3 điện trở phụ được mắc nối tiếp với máy đo. Khoảng đo của vôn kế: Uđo = IV (RV + RP) RP có thể là RP1, RP2, RP3 Hình 6.9a GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 145 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp C D Hình 6.9b B A (H6.9b) các điện trở phụ được mắc nối tiếp và mỗi chỗ nối được nối với một trong các đầu ra của công tắc Khoảng đo của vôn kế: Uđo = IV (RV + RP) RP có thể là RP1, RP1+RP2, RP1+RP2+RP3 VD? * Độ nhạy của vôn mét -là tỉ số giữa điện trở toàn phần và chỉ số điện áp toàn thang của vôn mét Æ đơn vị: Ω/V, độ nhạy càng lớn thì vôn mét càng chính xác VD: một vôn mét có: Rtp = RV + RP= 1MΩ, dụng cụ đo 100V trên toàn thang Æ độ nhạy của vôn mét? GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 146 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp (b) Dùng vôn mét số Hình 6.10 - Sơ đồ khối đơn giản của một Vôn mét số + T.B.V gồm: * bộ lọc tần thấp để cho Uđo không còn thành phần sóng hài * bộ phân áp: thay đổi thang đo * bộ chuyển đổi phân cực điện áp: thay đổi cực tính của Uđo + Bộ biến đổi điện áp - khoảng thời gian: biến đổi trị số Uđo ra khoảng thời gian Δt để điều khiển cổng đóng mở + Cổng: biến đổi khoảng thời gian Δt thành cổng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 147 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp •Bộ tạo xung đếm: tạo ra các xung đếm có tần số nhất định đưa tới Cổng. •Chỉ các xung đếm xuất hiện trong khoảng thời gian Δt ứng với cổng mở mới thông qua được cổng tới bộ đếm xung •Bộ đếm xung: đếm các xung trong khoảng thời gian Δt •Thiết bị hiển thị số: chuyển đổi từ số xung đếm được thành chữ số hiển thị CM C Tạo xung điện tử + - đếm chuẩn U Uch Ux(-) Mạch n s R ss UT + vào So Trigger Khoá p - Bộ sánh R đếm S U0 xung Nx E 0 ĐK2 xung Nguồn ĐK1 xoá điện áp Giải mã và chỉ mẫu Bộ điều khiển xung chốt thị ĐK2 Hình 6.11 - Sơ đồ khối Vôn mét số thời gian xung GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 148 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Nguyên lý làm việc: -Khichưa đo, khoá S hở (không ở vị trí nạphoặc phóng). - Quá trình biến đổi đượcthựchiện theo 2 bước tích phân sau: + Bước1: Tạit1, bộđiềukhiển đưaraxungđiềukhiển ĐK1 đưa khoá S về vị trí n, điệnápUx qua mạch vào Æ qua R nạpchoC Æ UC tăng. + Bước2: đếnthời điểmt2, bộđiềukhiển đưaraxungđiềukhiển ĐK2 đưaS về vị trí p và kết thúc quá trình nạp, C sẽ phóng điện qua nguồn điệnápmẫu (nguồn điện áp không đổi, 1 chiềuE0), UC giảm đếnthời điểmt3 Æ UC= 0, bộ so sánh đưa ra xung so sánh USS. Xung ĐK2 và xung USS sẽđược đưavàođầuvàothiếtlập(S) vàxoá(R) của Trigger Æ đầuracủa Trigger là xung vuông có độ rông Tx, xung này sẽđiều khiển đóng mở khoá để cho phép xung đếmchuẩn qua khoá Æ kích thích cho bộđếm xung. Giả sử trong thờigianTx có Nx xung qua khoá, số xung Nx được đưa qua mạch giảimãvàchỉ thịđểbiểuthị kếtquả UDC cần đo. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 149 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp * Xác định Ux=f(Nx): -Quá trình C nạp: 1 t2 U = U (t ) + K .U .dt n c 1 RC ∫ v x t1 Kv: hệ số truyền đạtcủamạch vào. Giả sử trong thờigianbiến đổi, Ux=const: 1 K .U .T U = 0 + .K .U (t − t ) = v x 1 n RC v x 2 1 RC vớiT1 = t2-t1 1 t3 - Quá trình C phóng: U (t ) = U (t ) − E .dt c 3 c 2 RC ∫ 0 t2 1 = U − .E (t − t ) n RC 0 3 2 K .U .T 1 U (t ) = v x 1 − .E .T c 3 RC RC 0 x vớiTx=t3-t2 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 150 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp K v .U x .T1 U c (t3 ) = 0 → Tx = = N x .Tch E Uđk 0 ĐK1 ĐK2 t Tch : chu kỳ củaxungđếmchuẩn. t1 t2 Uc Tch .E0 C nạp C phóng Un T → U x = .N x = S0 .N x 1 t K v .T1 t t t Uss 1 2 3 Tch .E0 t → S0 = = const U T K v .T1 T x k t (thường chọnS0=10 vớik=0, ±1, ) Uch k → U x = 10 .N x t U Giản đồ thời gian: hình 6.12 đ t Nx xung Hình 6.12 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 151 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Đánh giá sai số: Sai số Tch, Kv, E0, T1. Sai số lượng tử (do xấpxỉ Tx vớiNx). Sai số do độ trễ của các Trigger. Sai số do nhiễutácđộng từđầu vào. Tuy nhiên, vớiphương pháp tích phân 2 lần, có thể loạitrừ hoàn toàn nhiễuchukỳ nếuchọnT1= n.Tnh vớiTnh là chu kỳđộnhiễu. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 152 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.2.3. Đo điện áp xoay chiều Sơ đồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số lớn Thiếtbị Tách KĐ dòng Thiếtbị chỉ vào sóng 1 chiều thị kim Sơ đồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số nhỏ Thiếtbị KĐ điệnáp Tách Thiếtbị chỉ vào xoay chiều sóng thị kim Thiết bị vào: gồm các phần tử để biến đổi điện áp đo ở đầu vào như bộ phân áp, mạch tăng trở kháng vào với mục đích là ghép Uđo một cách thích hợp với mạch đo là vôn mét. Bộ tách sóng: biến đổi điện áp xoay chiều thành dòng điện hay điện áp 1 chiều. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 153 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Các loại mạch tách sóng: a) Tách sóng đỉnh (biên độ) • Là tách sóng mà Ura trực tiếp tương ứng với trị số biên độ của Uvào. Phần tử để gim giữ lại trị số biên độ của Uđo là tụ điện. Tụ điện được nạp tới giá trị đỉnh của Uđo thông qua phần tử tách sóng. •Mạch có thể dùng diode hoặc Transistor. Ởđây ta dùng mạch tách sóng đỉnh dùng diode. + mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng: Utxm()= Usinωt D UX(t) Cnạp C C Um phón UX AC R g In V UC=Um Ip V t -Um Hình 6.13 -Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng và giản đồ thời gian của nó GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 154 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Nguyên lý làm việc: -Trongnửachukỳ (+) đầu tiên, D thông, C đượcnạp điện nhanh qua trở Ri vớihằng số nạp τn=Ri.C và UC tăng đếnkhiUC > Ux(t). Lúc này D tắtvàtụ C sẽ phóng điện qua RV vớihằng số phóng Tp=RV.C -Khi UC giảm đếnkhiUC < Ux(t) thì tụ lại đượcnạp. NếuchọnTn<< Tth <<Tp thì sau vài chu kỳ UC có giá trị không đổivà xấpxỉ Um Nhậnxét: Nếu điệnápxoaychiều có thành phần1 chiều khác 0 thì UC=U0+Um(= biên độ +thành phần1 chiều). Để khắcphụcngười ta dùng mạch tách sóng đỉnh có đầuvàomở. GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 155 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp + Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàomở C U x()t = U0 +Um sinωt UC UD Nguyên lý làm việc: UX AC RV D Cho điện áp vào hình sin, Trong 1/2 nửachu kỳ (+) đầu tiên D thông, C đượcnạp điệnvới V hằng số nạpTn=RD thông . C và UC tăng đếnkhi U (t) UC > UX(t). Lúc này D tắtvàtụ C sẽ phóng điện X qua RV vớihằng số phóng Tp=RV.C ; và UC U0 giảm đếnkhi UC < UX(t) tụ lại đượcnạp. t NếuchọnTn<< Tth <<Tp 0 C1.RD th<<Tth<<RVC RD th<< RV -Um Thì sau 1 số chu kỳ t/hiệutụ C sẽđượcnạp -Um =U0+Um. Giả thiếtchiềucủa điệnápnhư hvẽ -2Um t UU=−U=U+Usinωωt−(U+U) =U(sin t−1) Dx≈ C00m m m Hình 6.14 - Mạch tách sóng đỉnh có ⇒=UUDm− đầuvàomở và giản đồ thời gian của nó GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 156 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp b) Mạch tách sóng trung bình: Có nhiệmvụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điệnáp1 chiềucógiá trị trung bình tỷ lệ vớitỷ sốđiện áp trung bình của điệnápvào. Thường dùng các mạch chỉnh lưucả chu kỳ hoặcnửachukỳ. + Mạch chỉnh lưunửachukỳ: D R D1 là chỉnh lưunửachukỳ. D2 là ngăn không để điện V áp ngượcquálớn đánh thủng D đặtlênVônkế và 1 V làm cho điệntrở trong mạch tách sóng đồng đều trong cả chu kỳ. Kiểumắc 1 diode ChọnRV>> RD1thuận R + R =R+R V D1th D2th R D1 V URV Um D2 Utb=Um/π 0 R Kiểumắc 2 diode // Hình 6.15 GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 157 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp +Chỉnh lưucả chu kỳ: Ux AC URV D1 D2 Um Utb=Um/π V D 4 D3 0 t Hình 6.16 c) Mạch tách sóng hiệudụng Nhiệmvụ: Biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiềucógiátrị tỷ lệ với giá trị hiệudụng của điệnápxoaychiều. U URDC=k.UXhd XAC Tách sóng hiệu dụng GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 158 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Để tách sóng hiệudụng cầnphảinhững bước sau: +Bình phương điện áp: dùng mạch bình phương điệnáphoặc dùng 2 mạch có đặctuyếnVôn-Ampebậc2 (i=S0UX ) +Lấy tích phân: dùng các mạch khai cănhoặc dùng phương pháp khắc độ thang đo. t0 +T 1 2 Uhd = U x ()t dt T ∫ t0 Ta xét mạch tách sóng hiệudụng dùng các mạch có đặctuyếtVôn- Ampe bậc2: Để tăng khả năng đo điệnáphiệudụng, ngườitaxâydựng các mạch có đặctuyến Vôn-Ampe bậc2 bằng cách xấpxỉđặctuyến thành những đoạntuyếntínhliêntiếp nhau. Giả sử xây dựng mạch có đặctuyếnxấpxỷ thành 4 đoạnnhư hình vẽ (0÷U1), (U1÷U2), (U2÷U3), (U3÷∞). GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 159 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 4 đoạntương ứng với 4 khâu diode mắcliêntiếpvới nhau như sơđồ: En R R 1 2 R3 D1 D2 D3 U1 U2 U3 R1’ R R2’ UX 0 R3’ iD0 i i iD1 D2 D3 mA 0 iA Hình 6.17 -Diode Di được phân cựcbởicặp điệntrở Ri và Ri’ để điểmlàmviệccủa chúng là Ui (i=1, 2, 3) -Tính toán mạch như sau: 2 Giả sử cầnxấpxỉđặctuyến: i=S0U GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 160 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp ⊕Voi 0 < Ux ≤U1: D1, D2, D3 tat Ux ⎫ i + iA = iD0 = D0 R ⎪ 0 ⎪ iD1+ ⎬ → R0 = ? iD0+ U 2 x ⎪ i + iD2+ Ux =U1 → iA = i1 = S0U1 = i D1 R ⎪ A iD3 0 ⎭ iD2 ⊕ Voi U1 < Ux ≤U2 : D1 thong, D2, D3 tat iD0+ S U 2 i ⎛ 1 1 ⎞ ⎫ 0 3 D1 iA = iD0 +iD1 =Ux⎜ + ⎟ ⎪ ⎝ R0 R1'⎠ ⎪ S U 2 ⎬ → R1'= ? 0 2 U i UX U =U → i = i = S U2 = x ⎪ S U 2 D0 x 2 A 2 0 2 ⎪ 0 1 R0 ⎭ ⊕Tuong tu voi U2 < Ux ≤U3 : D1 , D2 thong, D3 tat ΔiA iA = iD0 +iD1 +iD2}→ R1'= ? UX ⊕ voi U3 < Ux : D1 , D2 , D3 thong iA = iD0 +iD1 +iD2 +iD3 ⎛ 1 1 1 1 ⎞ =Ux⎜ + + + ⎟ Hình 6.18 ⎝ R0 R1' R2' R3'⎠ E n.Ri ' Ui = Ri + Ri' Biet Ri'→ Tinh duoc Ri GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 161 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 6.3. Đồng hồ vạnnăng (MULTIMETERS) •làmộtloạidụng cụđo điệncơ bản đachứcnăng được dùng khá phổ biến, có các chức năng cơ bản là đo dòng điện, đo điện áp, và đo điện trở ngoài ra có một số đồng hồ còn có thể đo tần số dòng điện, điện dung tụ điện, kiểm tra điốt, kiểm tra Transistor lưỡng cực . •Có2 loại đồng hồ vạnnăng: Đồng hồ vạnnăng tương tự (hay còn đượcgọi tắt là VOM – Volt-Ohm-Milliammeter),và đồng hồ vạnnăng số (DMM – Digital Multimeter). 6.3.1. Đồng hồ vạnnăng tương tự -VOM * Các chứcnăng đonhư sau: o Đo điệnápmộtchiều: DCV o Đogiátrị hiệudụng của điệnápxoaychiều: ACV. o Đocường đồ dòng điệnmộtchiều: DCA o Đo điệntrở: Ω Ngoài ra có một số đồng hồ còn có thêm chức năng khác như: o Đo điện dung tụ điện oKiểm tra điốt, kiểm tra Transistor lưỡng cực GIẢNG VIÊN: KS. Đỗ Mạnh Hà www.ptit.edu.vn Trang 162 BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1