Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Nguyễn Trung Hiếu

216 trang ngocly 1980

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Nguyễn Trung Hiếu", 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_nguyen_trung_hieu.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Nguyễn Trung Hiếu

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG MÔN CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ Giảng viên: KS. Nguyễn Trung Hiếu Điệnthoại/E-mail: 0916566268; trunghieutq@gmail.com Bộ môn: Kỹ thuật điện tử - Khoa KTDT1 Họckỳ/Nămbiênsoạn: Học kỳ 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 2 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
NỘI DUNG •CHƯƠNG 1. Giới thiệu chung về đo lường điện tử •CHƯƠNG 2. Đánh giá sai số đo lường •CHƯƠNG 3. Các cơ cấu chỉ thị trong máy đo •CHƯƠNG 4. Máy hiện sóng •CHƯƠNG 5. Đo tần số, khoảng thời gian và độ di pha •CHƯƠNG 6. Đo dòng điện và điện áp •CHƯƠNG 7. Đo công suất •CHƯƠNG 8. Phân tích phổ •CHƯƠNG 9. Đo các tham số của mạch điện Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 3 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 1 • Định nghĩa •Cácphương pháp đo •Phương tiện đo và các đặc tính cơ bản của phương tiện đo •Phân loại các máy đo Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 4 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 cụđểđảm bảo 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 đo và tín hiệu điện đó đượcxử lý và đo lường bằng các dụng cụ và mạch 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 suất bằng 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 ) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 5 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử VD: đo công suấtbằng vôn-mét và ampe-mét, đo hệ số sóng chạybằng dây đo, - Đặc điểm: nhiều phép đo và thường không nhậnbiếtngay đượckếtquảđo 3. Phương pháp đothống kê: thựchiện đonhiềulầnmột đạilượng đovới cùng thiếtbịđo và trong cùng điệnkiện đo, kếtquảđo được tính là giá trị trung bình thống kê củacủa các lần đo đó. - Đặc điểm: cho phép loạitrừ các sai số ngẫunhiênvàthường dùng khi kiểm chuẩnthiếtbịđo. 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 6 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 5. Các phương pháp đo khác: •Phương pháp đo thay thế: Phép đo đượctiếnhànhhailần, mộtlầnvới đại lượng cần đovàmộtlầnvới đạilượng đomẫu. Điềuchỉnh để hai trường hợp đocókếtquả chỉ thị như nhau. •Phương pháp hiệu số: Phép đo đượctiếnhànhbằng 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 trựctiếptrênthanhđộ củathiếtbị chỉ thị. Tấtnhiênsự khắc độ của các thang độ này đã đượclấy chuẩntrướcvới đạilượng mẫucùngloạivới đạilượng 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 7 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 thựchiệnphépđo, chúng có những đặc tính đolường đã đượcqui 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 đảmbảoviệc sao và giữđơnvị tiêu chuẩn. + Thiếtbị so sánh: phương tiện đo dùng để so sánh 2 đạilượng cùng loại để xem chúng “ = ”, “ > ”, “ < ” + Chuyển đổi đolường: phương tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lường về dạng thuậntiện cho việctruyềntiếp, 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, ) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 8 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 9 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 giữa các đạilượng đầu ra Y và các đại lượng đầuvàoX củaphương tiện đo, Y=f(X) + Độ nhạy: là tỷ số giữa độ biếnthiêncủatínhiệu ởđầuraY củaphương tiện đo với độ biếnthiêncủa đạilượng đo đầuvàoX tương ứng. dY Ký hiệu: S = dX + Phạmvi đo: là phạm vi thang đobaogồmnhững giá trị mà sai số cho phép của phương tiện đo đốivới các giá trịđo đã được qui định + Phạmvị chỉ thị : là phạm vi thang đo đượcgiớihạnbởigiátrịđầu và giá trị cuối của thang đo. + Cấpchínhxác: đượcxácđịnh bởi giá trị lớnnhấtcủa các sai số trong thiếtbị đo. Thường đượctínhtoánbằng giớihạncủasaisố tương đốiquyđổi. + Độ phân giải: Chính là độ chia củathangđohay giátrị nhỏ nhấtcóthể phân biệt được trên thang đo(màcóthể phân biệt đượcsự biến đổi trên thang đo). Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 10 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử • Các đặctínhđộng: Phầnlớn các thiếtbịđo không đáp ứng tứcthời ngay khi đại lượng đothayđổi (do quán tính, nhiệt dung hoặc điện dung ) → sự hoạt động ở trạng thái động hoặctrạng thái giao thờicủathiếtbịđocũng quan trọng như trạng thái tĩnh. + Đốivới đạilượng đocó3 dạng thay đổinhư sau: ¾ Thay đổicódạng hàm bướctheothờigian 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 + Gồm: ¾ Đáp ứng động ở bậcZero (bậc không) ¾ Đáp ứng động ở bậc1 ¾ Đáp ứng động củathiếtbị bậc2 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 11 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử 1.3. Phân loạicácmáyđo a) Máy đo các thông số và đặc tính của tín hiệu: VD: Vôn mét điệntử, tầnsố mét, MHS, máyphântíchphổ, Tín hiệu Thiếtbị Thiếtbị Mạch vào mang thông biến đổi chỉ thị tin đox(t) Nguồn cung cấp Hình 1.2 –Cấutrúcmáyđothamsố và đặc tính của tín hiệu - x(t): tín hiệucần đo đưatới đầuvàomáy - Mạch vào: truyềndẫn tín hiệutừđầuvàotới Thiếtbị biến đổi. Thựchiệntiềnxử lý tín hiệuvàonhư tiền khuếch đại, suy giảm, giớihạnbăng tần, lọcnhiễu, phối hợptrở kháng, nhưng không làm mấtthôngtin đo. Mạch vào thường là bộ KĐ tải catốt(Zvào cao), thựchiệnphốihợptrở kháng. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 12 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử -Thiếtbị biến đổi: thựchiện so sánh và phân tích. Có thể tạo ra tín hiệucầnthiết để so sánh tín hiệucần đovớitínhiệumẫu. Có thể phân tích tín hiệu đovề biên độ, tầnsố, hay chọnlọctheothờigian. Thường là các mạch KĐ, tách sóng, biến đổidạng điện áp tín hiệu, chuyển đổi dạng năng lượng, -Thiếtbị chỉ thị: biểuthị kếtquảđodướidạng thích hợpvớigiácquangiaotiếp của sinh lí con ngườihay với tin tức đưavàobộ phận điềuchỉnh, tính toán, VD: Các cơ cấuchỉ thị , Ống tia điệntử, cơ cấuchỉ thị số dùng LED 7 đoạnhay LCD 7 đoạn -Nguồn cung cấp: cung cấpnăng lượng cho máy và làm nguồntạo tín hiệuchuẩn b) Máy đo đặc tính và thông số củamạch điện: Mạch điệncần đo thông số: mạng 4 cực, mạng 2 cực, các phầntử củamạch điện. Sơđồkhối chung: cấutạogồmcả nguồn tín hiệuvàthiếtbị chỉ thị, (hvẽ) VD: máy đo đặc tính tầnsố, máy đo đặc tính quá độ, máy đohệ số phẩmchất, đo RLC, máy thửđèn điệntử, bán dẫn và IC; máy phân tích logic; máy phân tích mạng 4 cực Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 13 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 14 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 tạosóngchủ: xác định các đặc tính chủ 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 hiệuhay tăng thêm độ xác lậpcủa dạng tín hiệu, thường là bộ KĐ điệnáp, KĐ công suất, bộđiềuchế, thiếtbị tạo dạng xung, Các máy phát tín hiệusiêucaotầnthường không có Bộ biến đổi đặtgiữa Bộ tạo sóng chủ và đầu ra, mà dùng Bộđiềuchế trựctiếp để khống chế dao động chủ Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 15 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 1. Giới thiệu chung vềđo lường điệntử - Mạch ra: để điềuchỉnh các mức tín hiệura, biến đổiZra củamáy. Nóthường là mạch phân áp, biếnápphốihợptrở kháng, hay bộ phụ tảiCatốt. - Thiếtbịđo: kiểm tra thông số củatínhiệu đầura. Nóthường là vôn mét điện tử, thiếtbịđo công suất, đohệ sốđiềuchế, đotầnsố, -Nguồn: cung cấp nguồn cho các bộ phận, thường làm nhiệmvụ biến đổi điện áp xoay chiềucủamạng lưới điện thành điệnáp1 chiềucóđộ ổn định cao. d) Các linh kiện đolường: gồm các linh kiệnlẻ, phụ thêm vớimáyđo để tạo nên các mạch đocầnthiết. Chúng là các điệntrở, điệncảm, điện dung mẫu; hay các linh kiện để ghép giữa các bộ phậncủamạch đo(VD: bộ suy giảm, bộ dịch pha, bộ phân mạch định hướng, ) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 16 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 2 • Khái niệm và nguyên nhân gây sai số •Phân loại sai số: theo cách biểu diễn sai số, theo sự phụ thuộc củasaisố vào đạilượng đo, theo vị trí sinh ra sai số, theo qui luật xuất hiện sai số. • Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số • Cách xác định kết quả đo •Saisố của phép đo gián tiếp Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 17 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường 2.1. Khái niệm & nguyên nhân sai số: * Khái niệm sai số: là độ chênh lệch giữakếtquảđo và giá trị thựccủa đạilượng đo. Nó phụ thuộcvàonhiềuyếutố 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: - Sai số tuyệt đối: là hiệugiữakếtquảđo đượcvớigiátrị thựccủa đạilượng đo ΔX = X do − X thuc - Sai số tương đối chân thực: là giá trị tuyệt đốicủatỉ số giữasaisố tuyệt đốivà giá trị thựccủa đạilượng đo ΔX δct = .100% X thuc Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 18 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường -Saisố tương đối danh định: ΔX δdd = .100% X do -Saisố tương đốiqui đổi: là giá trị tuyệt đốicủatỷ số giữasaisố tuyệt đốivàgiá trịđịnh mứccủathangđo. ΔX δqd = .100% Æ cấp chính xác của đạilượng đo X dm Xdm= Xmax -Xmin : giá trịđịnh mứccủathangđo Nếu giá trị thang đo: 0÷XmaxÆ Xdm=Xmax * Theo sự phụ thuộccủasaisố vào đạilượng đo: -Saisốđiểm0 (saisố cộng) là sai số không phụ thuộcvàogiátrịđạilượng đo. -Saisốđộnhạy(saisố nhân) là sai số phụ thuộcvàogiátrịđạilượng đo Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 19 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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 ngẫunhiên, saisốđiểm0, 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 điềukiện tiêu chuẩn Sai số phụ củaphương tiện đolàsaisố sinh ra khi sử dụng phương tiện đo ở điềukiện không tiêu chuẩn Sai số tĩnh là sai số củaphương tiện đokhiđạilượng đo không biến đổitheo thờigian Sai sốđộng là sai số củaphương tiện đo khi đạilượng đobiến đổitheothờigian Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 20 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường * 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 luậttácđộng. -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 điềukiệnkhíhậu tiêu chuẩn theo qui định Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 21 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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 thiếu chu 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 22 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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 -Tiếnhànhđo n lầnmột đại lượng nào đó, ta thu đượccáckếtquảđo có các sai số tương ứng là x1, x2, ,xn -Sắpxếp các sai số theo giá trịđộlớncủanóthànhtừng 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 làtầnsuất ( 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) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 23 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường p(x) là hàm số phân bố tiêu chuẩncácsai số (hàm số chính tắc). Thựctế thì phần lớn các trường hợpsai số trong đo lường điệntửđềuthíchhợpvới qui luậtnày 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 tắc phân bố sai số: a. Xác suấtxuấthiệncủa các sai số có trị số bé thì nhiềuhơn xác suấtxuất hiệncủa các sai số có trị số lớn. b. Xác suấtxuấthiệnsai số không phụ thuộcdấu, nghĩa là các sai số có trị số bằng nhau về giá trị tuyệt đối nhưng khác dấu nhau thì có xác suấtxuấthiện như nhau. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 24 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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 đượclàn 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 h 2 2 tương tự ta có: dp = e−h x2 dx 2 π 2 h 2 2 dp = e−h xn dx x n π n Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 25 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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 Sai số TBBP (σ): ∑ xi σ = i=1 (4) n Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 26 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường x2 − 1 2 Hàm phân bố tiêu chuẩn: p(x) = e 2σ (5) 2πσ Xác suấtxuấthiệncácsai số có trị số < σ : t t 2 2 i − P()x < σ = ∫ e 2 dt (6) 2π 0 ti = h 2xi = h 2σ =1 h 2σ t 2 1 t 2 2 − 2 − P()x < σ = ∫ e 2 dt = ∫ e 2 dt 2π 0 2π 0 P()x < σ = 0,638 ≈ 2 / 3 (7) * Lấy σ để định giá sai số của KQ đo ⇒ độ tin cậy chưa đảm bảo. ⇒ lấy M=3σ (sai số cực đại). 3 t 2 2 − P()x < M = e 2 dt = 0,997 ∫ (8) 2π 0 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 27 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường 2. Trị số trung bình cộng: - Đo X, thu đượcn cáckếtquảđo: a1, a2, , an -Cácsai số của các lần đo riêng biệt: x1= a1-X, x2= a2-X, , xn= an-X -Cácxi chưa biết ⇒ X cần đo chưa biết -Thựctế chỉ xác định đượctrị số gần đúng nhấtvới X (trị số có xác suấtlớnnhất): n a a + a + + a ∑ i a = 1 2 n = i=1 (9) 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 với a : εi = 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 28 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường n n 2 2 ∑ xi ∑εi σ = i=1 = i=1 n n −1 (11) σ 4. Sai số TBBP của a:(12)σa = n n ∑ εi 5. Sai số TB: d = i=1 (13) n(n −1) 6. 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 29 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường μ NếubiếtP, dựavàobảng hàm sốΦ(t) trong sổ tay tra cứuvề toán ⇒ t = hay σa μ = tσa ⇒ a − X 10) Để đảmbảo độ tin cậy P =0,997 thì lấy t=3 ta có: X = a ± 3σa (18) Quan hệ giữa độ tin cậyP, t, với n >10 (bảng 1) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 30 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường 7. Sai số cực đại và sai số thô: Sai số cực đạiM = ±tσ (n >10) M = ±tsσ (2 ≤ n ≤10) Sai số thô: sai số |εi| của lần quan sát nào lớn hơn sai số cực đại ( M ) thì đó là sai số thô. X = a ± tsσa 8. Phân bố student: Khoảng tin cậy: at− sσ asa<<+ X atσ 2 ≤2 ≤nn≤≤1010 Giá trị củats được cho trong bảng 2 2.4. Cách xác định kết quả đo Thực hiện đo n lần thu được các kếtquảđo: a1, a2, , an 1. Tính trị số trung bình cộng: n ∑ ai a = i=1 n Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 31 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường 2. Tính sai số dư: εi = ai − a Kiểmtra: n ∑εi = 0 hay không? i=1 3. Tính sai số TBBP: n 2 ∑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. 5. Tính sai số TBBP của trị số TB cộng: σ σ = a n Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 32 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo 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: -Lấychtσa ỉ cầnlấyvới 2 số sau dấuphẩy. -Lấypha ải chú ý lấychữ số sao cho bậccủasố cuối củanó≥ bậccủa hai con số của.tσa VD: kếtquảđo là X = 275,24 ± 1,08 thì phải viếtlại là: X = 275,2 ± 1,1 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 33 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Bảng 1. Giá trị t theo giá trị xác suấtcho trước Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 34 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Bảng 2. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 35 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường 2.5. Sai số củaphépđogiántiếp Giả sử X là đạilượng cần đobằng phép đogiántiếp; Y,V,Z là các đạilượng đo đượcbằng phép đotrựctiếp X = F(Y,V,Z) ΔY, ΔV, ΔZ là các sai số hệ thống tương ứng khi đoY, 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: ∂FFF∂∂ X +ΔΔΔΔ X=F() Y,V,Z +YVZ + + ∂∂∂Y VZ ∂FFF∂∂ ⇒ΔX= ΔYVZ + Δ + Δ ∂∂∂Y VZ Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 36 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 2. Đánh giá sai sốđo lường TH1: X = aY + bV + cZ ΔX = a ΔY + bΔV+ cΔZ TH2: X =KYα Vβγ Z ΔΔΔΔX =Kαβγ Yαβγ−−−111 V ZYVZ +K Y αβγ V Z +K Y αβγ V Z Thựctế dùng sai số tương đối: ΔX ΔΔΔYVZ δαβγ=++= X X Y VZ δXYVZ= αδβδγδ+ + Xác định sai số TBBP củaphépđogiántiếp thông qua sai số TBBP của các phép đotrựctiếp thành phần 222 ⎛⎞⎛⎞⎛⎞∂∂∂FFF σσX =++⎜⎟⎜⎟⎜⎟YVZ σ σ ⎝⎠⎝⎠⎝⎠∂∂∂YVZ Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 37 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 3 • Nguyên tắchoạt động chung củacơ cấu đo •Cơ cấu chỉ thị kim: từ điện, điện từ •Cơ cấuchỉ thị số: LED, LCD Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 38 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.1. Nguyên tắchoạt động chung củacơ cấu đo Bao gồm2 thànhphầncơ 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 lựcma sát, mộtphầnlàmbiến đổithế năng phần động. - Quá trình biến đổinăng lượng trong CCĐ đượcthể hiệntheochiều biến đổi: dòng điệnIx (hoặcUx ) Æ năng lượng điệntừ Wđt, Wđt sẽ tương tác vớiphần động và phầntĩnh tạoraF (lực) Æ tạomômen quay (Mq) Æ góc quay α ; α tỷ lệ vớif(Ix) hoặc α = f(Ux) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 39 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Giả sử cơ cấu đocón phầntĩnh điện(mangđiện tích) và n cuộndây. Thông thường điệnápđược đưavàocuộndây. Năng lượng điệntừ sinh ra đượcxácđịnh như sau: in=−11 in =− jn==n jn 11122 WCULIMIIdt=++∑∑∑ ij ij i i ij i j 222iii===111 i : cuộndây ji=−11 ji =− 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 : điệncảmcủacuộndâyi Mij : : hỗ cảmgiữahaicuộndâyi vàj Năng lượng điệntừ sinh ra phụ thuộcvàođiệnáp, điện dung, dòng điện, cuộn cảmvàhỗ cảm. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 40 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Tương tác giữaphầntĩnh và phần động tạo ra 1 momen quay bằng sự biếnthiên củanăng lượng từ trên sự biến thiên góc quay. dWdt dWdt : sự biếnthiêncủanăng lượng từ M q = dα dα : sự biếnthiêncủa góc quay α Để tạorasự phụ thuộcgiữa góc quay và giá trịđo; trong khi đongườitasử dụng thêm lò xo phản kháng để tạo ra momen phản kháng chống lạisự chuyển động củaphần động. M = −Dα D: là hệ số phản kháng củalòxo pk Kim chỉ thị sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng khi dW1 dW M pk = Mq ⇔=Dααdt ⇒= dt dDdα α Wdt : phụ thuộcvàođiện áp, dòng điện đặt vào cuộndây. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 41 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đoạnhay LCD 7 đoạn) •Mànhìnhma 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 điện năng thành cơ năng nhờ sự tương tác giữatừ trường củamộtnamchâm vĩnh cửuvàtừ trường củadòngđiện qua một khung dây động Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 42 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đượcgắnvàotrục của khung dây, đầucònlại đượcgắnvớivỏ máy. Hình 3.1 Để định vị kim đúng điểm`0` khi chưa đo thì một đầucủa lò xo phản kháng ở trước được liên hệ với mộtvítchỉnh `0` ở chính giữamặttrước củacơ cấu đo. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 43 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Hoạt động: - Dòng điện trong cuộndây củacơ cấuTĐNCVC phải chạytheo mộtchiều nhất định để cho kim dịch chuyển (theo chiềudương) từ vị trí `0` qua suốt thang đo. - Đảochiềudòngđiện Æ cuộn dây quay theo chiềungượclại và kim bị lệch về phía trái điểm `0`. Do đó các 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 với từ trường B của NCVC Æ tạo ra 1 mômen quay: dW dφ M = e = I q dα dα dφ = B.N.S.dα : độ biếnthiêncủatừ thông qua khung dây B: từ trường NCVC Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 44 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đómômenphản 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 45 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 chiềuphảicóthêmđiốtnắn điện + Ứng dụng: dùng rấtnhiềulàmcơ cấuchỉ thị cho các dụng cụđo điệnnhư Vônmét, Ampemét, dụng cụđo điệnvạng năng, các phép đocầu cân bằng Hình 3.2 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 46 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 điqua vớiphần động củacơ cấu là các lá sắttừ 1. Cấutạo: có 2 loại -Loạicuộn dây hình tròn. -Loạicuộndâyhìnhdẹt + Loạicuộn dây hình tròn: -Phầntĩnh: là mộtcuộndâyhìnhtrụ tròn, phía trong thành ống có gắnlásắttừ mềmuốn quanh -Phần động: gồmmộtlásắttừ cũng đượcuốn cong và gắnvàotrục quay nằm đốidiện. Trên trục quay gắnkimchỉ thị và lò xo phản kháng Hình 3.3.1 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 47 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo + Loạicuộndâydẹt: -Phầntĩnh: gồm1 cuộndâydẹt, ở giữa có 1 khe hẹp. -Phần động: gồm1 đĩasắttừđượcgắnlệch 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 48 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Nguyên lý hoạt động chung: Khi có dòng I điệnchạy qua cuộndâytĩnh sẽ tạoramộtnăng lượng từ trường 1 WLI= 2 tt 2 vớiL làđiệncảmcuộn dây, có giá trị tuỳ thuộcvàovị trí tương đốicủalásắttừ động và tĩnh Sự biếnthiênnăng 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 2 Ddα 2 1 dL → α = S0 I , S = 0 2D dα Góc quay củakimchỉ thị tỷ lệ vớibìnhphương của I qua cuộndây Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 49 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đophi tuyến 9 Độ chính xác thấpdo dễảnh hưởng củatừ trường bên ngoài do tổnhaosắttừ lớn 9 Tiêu thụ năng lượng nhiềuhơncơ cấu đotừđiện. + Ứng dụng:vẫn được dùng nhiều trong các đồng hồđo điệnáplớn Hình 3.4 – Đồng hồđo điện áp cao sử dụng CCĐ điệntừ Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 50 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Loạicơ cấu đoKýhiệu Cơ cấu đotừđiện Cơ cấu đo điệntừ Cơ cấu đo điện động Cơ cấu đotĩnh điện Cơ cấu đocảm ứng Logô mét điện động Logô mét điệntừ Logô mét từđiện Bảng phân loạicơ cấu đovàkýhiệutương ứng Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 51 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Đếm xung biến đổi 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 52 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Đặc điểm: (a) Các ưu điểm: 9 Độ chính xác đo lường cao. 9 Chỉ thị kết quả đo dưới dạng chữ số nên dễ đọc. 9 Có khả năng tự chọn thang đo và phân cực 9 Trở kháng vào lớn. 9 Có thể lưu lại các kết quả đo để đưa vào máy tính. 9 Dùng thuận tiện cho đo từ xa. (b) Các nhược điểm: 9 Sơ đồ phức tạp 9 Giá thành cao 9 Độ bền vững nhỏ Hiệnnay 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 53 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2.1. Bộ chỉ thị số dùng điốt phát quang (LED_ Light Emitting Diode) • LED là mộttiếp xúc P-N, vậtliệuchế tạo đều là các liên kếtcủa nguyên tố nhóm 3 và nhóm 5 củabảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev như GaAs (LED có mầu đỏ), GaP (LED có màu đỏ hoặcmàulục), GaAsP (LED có mầu đỏ hoặc vàng). • Khi LED được phân cựcthuận các hạtdẫn đasố khuếch tán ồạtqua tiếp xúc P-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 của LED tỉ lệ với dòng điện qua điôt . Hình 3.6 –Thanh LED Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 54 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 hợplílà 20mA. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 55 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Nhược điểm: cần dòng tương đối lớn. Ưu điểm: nguồn điệnáp mộtchiềuthấp, khả năng chuyểnmạch nhanh, bền, kích tấc bé. Hình 3.7 –Led 7 đoạn Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 56 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đó nếu 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 (vừa có tính chất lỏng vừa có tính chất tinh thể). •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 mộtlớpkim loại dẫn điện để tạo nên 2 điệncực trong suốt, giữa2 lớp kim loại là lớpchấtlỏng tinh thể. •Khi chỉ thị chữ số, ngoài điệnáp đặtvào2 điện cựccủaphầntử còn cầnnguồnsángđặtphía trước hay phía sau củabộ chỉ thị và phông. Hình 3.8 – Cấutạomỗi thanh LCD Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 57 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 58 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 59 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2.3. Màn hình ma trận a. Mànhìnhma trậnLED Hình 3.12 – Ma trậnLED b. Mànhìnhma trậnLCD 60 Hình 3.13- Ứng dụng của màn hình ma trận LCD trong máy đo và màn hình máy tính Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 4 • 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 • Ôxilô điệntử số Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 61 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 4.1. Nguyên lý quan sát tín hiệu trên MHS: 1. Phương pháp vẽ dao động đồ của tín hiệu •Mộttínhiệuthường đượcbiểudiễndưới 2 dạng: + Hàm theo thời gian: u = f(t) + Hàm số theo tầnsố: u =ϕ(f) UAM F f 0 f-Ff f+F f Hình 4.1-Tínhiệu điềubiênvàphổ củanó • Để quan sát dạng sóng, đo các đặc tính và các tham số của tín hiệu → dùng mộtmáyđo đa năng là MHS (Ôxilô). •MHS làmộtloại 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 ` củamáylàmộtchấm sáng, di chuyểntrên mànhìnhcủa ống tia điện tử theo qui luậtcủa điệnápđưa vào cầnquan sát. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 62 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 2. Các loại ôxilô: •Ôxilôtầnthấp, ôxilô tần cao, ôxilô siêu cao tần • Ôxilô xung (τ/T bé) • Ôxilô 2 tia; ôxilô nhiềukênh • Ôxilô có nhớ (loại tương tự và loại số) •Ôxilôsố; ôxilô có cài đặtVXL 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 63 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 thểđượctínhbằng mm/V. • Đường kính màn sáng: Ôxilô càng lớn, chấtlượng càng cao thì đường kính màn sáng càng lớn (thông thường khoảng 70mm-150 mm). • Ngoài ra còn có hệ số lái tia theo chiều ngang, trở kháng vào, 5. Chếđộquét tuyến tính liên tục a) Nguyên lí quét đường thẳng trong MHS • Đưa điệnápcủa tín hiệucần nghiên cứulên cặpphiếnlệch Y, và điệnáp quét răng cưa lên cặpphiếnlệch X. •Do tácdụng đồng thời củacả hai điệntrường lên 2 cặpphiến mà tia điệntử dịch chuyểncả theo phương trụcX vàY. •Quỹđạocủatia điệntử dịch chuyểntrên mànsẽ vạch nên hình dáng của điện áp nghiên cứubiến thiên theo thời gian. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 64 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 65 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) • Chu kỳ quét: Tq = tth +tng Uq t tth ng t 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 cầnthiếtthì khi mới chỉ có Uq đặtvàocặpphiếnX đãcómột đường sáng theo phương ngang. Khi có cả Uth đặtvàocặp phiếnY vànếuTq = nTth (n∈ N )thì trên màn xuấthiệndao 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). Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 66 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 điệnápn/cứucũng bị mất đi mộtphần chu kì (= tng) để tia điệntử quay trở về vị trí ban đầu. Hình 4.4 •Xoáđường vạch sáng củatia điệntử trong khoảng tng: ứng với lúc có tng thì tạonên một xung điệnápâm cóđộ rộng đúng bằng tng đưa tới cực điềuchế của ống tia điệntử. •Khi điện áp quét răng cưa không thẳng → méo dao động đồ do tốc độ quét không đều. •Giải pháp: cải tiếnmạch điện để điện áp quét răng cưa có dạng gầnnhư lí tưởng Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 67 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 68 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) (a) Tq = Tth : tín hiệu chỉ xuất hiện trong một t/g rất bé (τ τ một chút Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 69 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 7. Nguyên lý đồng bộ: • Khi quan sát dạng tín hiệutrên 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 dầntheothứ tự tương ứng Æ cảmgiácdaođộng đồ chuyển động từ trái qua phải. ⎛ 1 ⎞ * nTth < Tq2 < ⎜n + ⎟Tth ⎝ 4 ⎠ T a th ≠ Æ tương tự, dao động đồ có cảm giác chuyển động từ phải qua trái Tq2 b Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 70 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Tth a T 4 *= (minh họa th = ): T b q3 Tq3 3 Dao động đồ đứng yên nhưng không phảnánhđúng dạng tín hiệucần quan sát mà chỉ gồmnhững đoạn tín hiệu khác nhau cần quan 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 củaMHS • Các chếđộđồng bộ: + Đồng bộ trong: tín hiệu đồng bộ lấy từ kênh Y của MHS + Đồng bộ ngoài (EXT) + Đồng bộ lưới (LINE) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 71 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 Hình 4.6 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 72 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 4.2. Sơ đồ cấutạomột MHS điển hình 4.2.1. Cấu tạo MHS: Kênh lệch đứng Y Mạch Khuếch AC • Ống tia điện tử S1 vào và Tiền đạiY Uth khuếch Dây phân trễ đối • Kênh lệch đứng Y DC áp Y đại xứng Y1 • Kênh lệch ngang X và đồng bộ GND V Tạo • Kênh Z (khống chế độ sáng) pp xung X X1 2 chuẩn CRT Y * Ống tia điện tử: 2 K/đại S2 Tạo Đợi + là bộ phận trung tâm củaMHS, sử CH đồng bộ Tạo điệnáp 1 S EXT U và tạo U xung liên 3 K/đạiX dụng loại ống 1 tia khống chế bằng đb x đồng bộ quét AC LINE dạng tục 2 đối 50Hz Uxđb xứng điệntrường Mạch 3 U Uquét +Cónhiệmvụ hiểnthị dạng sóng trên x vào và KĐ X màn hình và là đốitượng điềukhiển Kênh lệch ngang X và đồng bộ chính (U , U , U ). UZ Chọn K/đại TớiG của CRT y x G cực tính Z Kênh Z Hình 4.7 - Sơđồkhối MHS 1 kênh dùng ống tia điệntử Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 73 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) * Kênh lệch đứng Y: có nhiệmvụ nhận tín hiệuvàocần quan sát, biến đổivàtạo ra điện áp phù hợp cung cấpchocặpláiđứng Y1, Y2. Gồm các khốichứcnăng: + Chuyểnmạch kếtnối đầuvàoS1: cho phép chọnchếđộhiểnthị tín hiệu. S1 tạiAC: chỉ hiểnthị thành phần xoay chiềucủaUth. S1 tạiDC: hiểnthị cả thành phầnmộtchiềuvàxoaychiềucủaUth. S1 tại GND: 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 điện áp cao. Thường dùng các khâu phân áp R-C mắc liên tiếpnhau, 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 nhạychungcủa 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 mấtmộtphầnsườntrướccủatín hiệu khi quan sát. Thường dùng các khâu L-C mắc liên tiếp. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 74 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 kiểmchuẩnlại các hệ số lệch tia củaMHS * Kênh lệch ngang X và đồng bộ: có nhiệmvụ tạorađiệnápquétphùhợpvề dạng và đồng bộ về pha so vớiUY1, Y2 để cung cấpchocặpláingangX1X2 + Chuyểnmạch đồng bộ S2: cho phép chọn các tín hiệu đồng bộ khác nhau. S2 tạiCH: tựđồng bộ (Uđb = Uth) S2 tạiEXT: đồng bộ ngoài (Uđb=UEXT), tín hiệu đồng bộđược đưa qua đầuvào EXT. S2 tạiLINE: đồng bộ vớilưới điệnAC 50Hz (Uđb=UAC50Hz) lấytừ nguồn nuôi. + KĐ đồng bộ và tạodạng: k/đại tín hiệuUđb phù hợpvàtạoradạng xung nhọn đơncựctínhcóchukì: Tx=Tđb Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 75 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) + Tạo xung đồng bộ: chia tầnUx và tạo ra xung đồng bộ có chu kì: Txđb=nTx=nTđb. Xung này sẽđiềukhiểnbộ tạo điệnápquétđể tạoraUq 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 điềuchếđộsáng UZ vào, thựchiệnchọncựctínhvàk/đạiphùhợprồi đưatớilưới điềuchế G của CRT. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 76 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 chứa các điệncực, phía cuối loe ra hình nón cụt, mặt đáy đượcphủ 1 lớphuỳnh quang tạo thành màn hình. Cấutạogồm3 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 77 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 của nguyên tử Phôtpho, các điệntử này sẽ nhảytừ mứcnăng lượng thấplênmứcnăng lượng cao và tồntại trong 1 thờigianrấtngắnrồitự nhảyvề mứcnăng lượng thấpban đầu và phát ra photon ánh sáng. -Màusắc ánh sáng phát ra, thờigiantồntạicủa điểmsáng(độ dư huy củamàn 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 mộtlớpÔxit kim loại ởđáy để tăng khả năng bứcxạđiệntử. -Cácđiệncựcphíasauthường có vành rộng hơn điệncực phía trướcvàcónhiều vách ngăn Æcác chùm điệntử không đi quá xa trục ống Æ việchộitụ sẽ dễ dàng hơn. Vớicấutạo đặcbiệtcủa các điệncựcnhư vậysẽ tạora1 từ trường không đều đặcbiệtcóthể hộitụ và gia tốc chùm tia. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 78 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 củachùmđiệntử bắntới màn hình. + ChiếtáptrênG (điềuchỉnh điệnáp) thường được đưa ra ngoài mặtmáyvàký hiệu là Bright hoặc Intensity dùng để điềuchỉnh độ sáng tốicủadaođộng đồ trên màn hình. + AnốtA2 (Anốtgiatốc) thường đượcnối đất để tránh méo dao động đồ khi điện áp cung cấp cho các điệncực không phảilàđiệnápđốixứng. + AnốtA1 (Anốthộitụ) cũng có chiếtápđiềuchỉnh đưarangoàimặtmáy, ký hiệu là Focus, dùng để điềuchỉnh độ hộitụ của chùm tia điệntử trên màn hình. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 79 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Hình 4.9 – Cấutạo CRT khống chế bằng điệntrường Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 80 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) * Xét quĩđạocủa chùm tia điệntử khi điqua điệntrường của2 anốtA1, A2: + UA2 > UA1 Æ đường sức điệntrường có chiều đitừ A2 đếnA1 - + e chuyển động theo chiềutừ A1 tớiA2 nên nó đồng thờichịutácđộng của2 thành phầnlực, 1 thành phầntheophương vuông góc vớichùmtiavà1 thành phầndọc theo chùm tia. + Tại điểm A: chùm e- có khuynh hướng chuyển động dọctheophương trục ống, đồng thờihộitụ với nhau theo phương bán kính của chùm tia + TạiB: thànhphầnlựctheophương bán kính đổichiềungượclại Æ chùm e- có khuynh hướng phân kì khỏitâmtheophương bán kính. Tuy nhiên do cấutạocủa các điệncực, sự phân bố của đường sức ở B ít bị cong hơn ở phầnvị trí điểmA Æ phân lượng vận tốctheophương bán kính ở B khuynh hướng phân kì. Hình 4.10 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 81 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Các mặt đẳng thế GA1A2 Màn hình K F Chùm điệntử C Lực tác dụng lên điệntử Hình 4.11 – Chùm điệntử chuyển động qua điệntrường giữacácđiệncực Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 82 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
y = a Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) c) Hệ thống lái tia: có nhiệmvụ làm lệch chùm tia điệntử bắntớimànhìnhtheo chiều đứng hoặcchiều ngang của màn hình. Cấutạogồm2 cặpphiếnlàmlệch được đặttrước, sau và bao quanh trụccủa ống: •Cặpláiđứng Y1Y2. •Cặp lái ngang X1X2 . Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 83 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) * Xét độ lệch của tia điệntử theo chiều đứng: Khi Uy= 0, tia điệntử bắntới chính giữamànhìnhtại điểmC. Khi Uy ≠ 0, điệntrường giữa các phiếnlàmlệch sẽ làm lệch quỹđạocủatia điệntử theo chiều đứng và bắntớimànhìnhtạivị trí M, lệch 1 khoảng là y. UlL yy y Uy Y1 ySU==oyy M 2dU + chùm e- yA A2 y C dy y lLyy - độ nhạycủa ống Y Soy == 2 Ly UdUyy2 A tia điệntử ly Màn hình L : khoảng cách từ cặpláiđứng đếnmànhình y Hình 4.12 ly : chiềudàicủa các cặpphiếnlàmlệch dy : khoảng cách giữa2 phiếnlàmlệch UA : điệnápgiatốccủa ống tia (phụ thuộcvàoUA2 và K) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 84 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Tương tự, độ lệch củatiađiệntử theo chiều ngang: UlLxx x x ==SUox x 2dUxA * Nguyên lý tạo ảnh trên màn máy hiện sóng: Hệ thống lái tia điềukhiển đồng thời tia điệntử theo 2 trục: trụcthẳng đứng và trụcnằm ngang, nghĩalàđồng thời đưavàođèn ống tia điệntử 2 điệnápđiều khiểnUY và UX . Giả sửđưUUth= m sinω . t a vào kênh Y và đưatớicặpláiđứng Y1Y2; điệnáp quét Uq = a.t đưatớicặp lái ngang X1X2 Î điệnáptrêncáccặp lái tia như sau: U y = U y1y2 = UthS y Sy = KySoy Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 85 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 86 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 87 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 4.3. MHS nhiều tia Dùng để quan sát đồng thời nhiều quá trình (tín hiệu) 4.3.1. 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 4.3.2. MHS 2 kênh dùng ống tia điệntử 1 tia và CM điệntử •Hai bộ KĐ tín hiệuvàoriêngcho 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 Hình 4.13 ngang) điềukhiểntầnsố chuyểnmạch Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 88 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 sóng bằng điện áp một chiều hiện • Ở các chu kỳ tiếp theo: quá trình lặp lại như trên. Tần số lặp cao đến mức mà các dạng sóng như được hiện đồng thời. Hình 4.14 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 89 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 được tạo 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 hiệucao tần thì kiểu luân phiên là tốtnhất, còn đối với tín hiệutầnsố thấp thì nên dùng chuyểnmạch ngắt quãng Hình 4.15 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 90 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo thời gian: (a) (b) (c) (d) Hình 4.16 - SơđồkhốiCM điện tử phân đường theo thờigian Hình 4.17 -Giản đồ thờigian Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 91 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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). Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 92 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo mức: En Hình 4.18 - SơđồkhốiCM điệntử phân Hình 4.19 - Giản đồ thờigian đường theo mức Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 93 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 94 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Hình 4.19.1 – Máy hiện sóng Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 95 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Hình 4.19.2 – Máy hiện sóng Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 96 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(Ôxilô) 4.4. Ôxilô điệntử số: 1. Ưu điểm: • Duy trì ảnh 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 97 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 98 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 4. Máy hiệnsóng(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 tựđểđưa qua bộ khuếch đại Y tới cặpphiếnlàmlệch Y của ống tia điệntử. •Do bộ nhớđượcliên tiếpquétnhiềulần trong 1 giây nên màn hình được sáng liên tụcvàhiệndạng sóng là hình vẽ các điểmsáng. 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 đượcpháttriểnnhờ cài đặt VXL, các bộ biến đổi ADC có tốc độ biến đổi nhanh hơn. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 99 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 5 • 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 100 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.1. Khái niệmchung •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 = 2πf (t) ω(t), f (t) là tần số góc tức thời và tần số tức thời • Quan hệ giữa tần số và bước sóng: c c •hayf = 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 101 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 102 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.2. Đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số 5.2.1. Phương pháp cầu Dùng các cầu đo mà điều kiện cân bằng của cầu phụ thuộc vào tần số của nguồn điện cung cấp cho cầu. Z Z1 2 * Mạch cầu tổng quát: Điều kiện cân bằng cầu: Z1.Z3 = Z2.Z4 →U AB = 0 Z VD1: 4 Z3 Hình 5-1 Điều kiện cân bằng cầu: R1.Z3 = R2.R4 ⎛ 1 ⎞ ⎜ ⎟ Z3 = R3 + j⎜ωLx − ⎟ 3 ⎝ ωC3 ⎠ Hình 5-2 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 103 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 104 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 105 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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)% Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 106 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.2.2. Phương pháp cộng hưởng • Dùng để đo tần số cao và siêu cao • Nguyên tắc chung: dựa vào nguyên lý chọnlọctầnsố củamạch cộng hưởng. •Khốicơ bảncủatầnsố mộtnàylàmạch cộng hưởng. Mạch này đượckích thích bằng dao động lấytừ nguồncótầnsố cần đo thông qua Khối ghép tín hiệu. •Việc điềuchỉnh để thiếtlậptrạng thái cộng hưởng nhờ dùng Khối điềuchuẩn. •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 loại mạch cộng hưởng: Khối Mạch Chỉ thị U(fx) ghép tín CH CH ¾ Mạch cộng hưởng có L, C tập trung hiệu ¾ Mạch cộng hưởng có L, C phân bố ¾ Mạch cộng hưởng có L phân bố, C tập trung. Điều chuẩn Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT Hình 5-5 107 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 1. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số tậptrung. + Ởđây C và L đềulàcáclinhkiệncóthôngsố 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 cuộnghépLg. L Chỉ thị cộng + Mạch chỉ thị cộng hưởng là mạch ghép hỗ cảm 2 hưởng giữacuộndâyL2 và L và đượctáchsóngbằng điốt và chỉ thị bằng cơ cấu đotừđiện. 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 loạinàythường dùng trong dải sóng: 10 kHz ÷500 MHz. + Sai số: (0,25-3)% Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 108 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 2. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng cáp đồng trục. + ởđây mạch cộng hưởng là 1 đoạn cáp đồng trục V® l P có nốitắt1 đầu, đầukiađượcnốibằng 1 pít tông P t® có thể dịch chuyểndọctrụcbởihệ thống răng cưa Vg xoắn ốccókhắc độ. + vòng ghép Vg đưa t/h vào, còn vòng ghép Vđ ghép t/h ra mạch chỉ thị cộng hưởng. Hình 5-7 + Các chỗ ghép đều ở gầnvị trí nốitắtcốđịnh sao cho các vị trí này gầnvớivị trí bụng sóng để khi có chiềudàitương đương ltd=λ/2 thỡ thiếtbị chỉ thị sẽ chỉ cực đại. + Khi dịch chuyểnpíttôngvới độ dài bằng bộisố nguyên lần λ/2 sẽđạtcộng hưởng Æcó thể xác định bướcsóngbằng cách lấy2 điểmcộng hưởng lân cận l1=nλ/2; l2=(n-1) λ/2 ⇒ l1-l2=λ/2 + Kếtquả bướcsóngđo đượccủatínhiệu siêu cao tầnxđ bởi công thức: λ=2(l1-l2) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 109 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha +Bước sóng (hoặctầnsố) đượckhắc độ trựctiếptrênhệ thống điềuchỉnh pít tông. +Tầnsố mét loạinàythường dùng trong dảisóngtừ 3cm - 20cm + Do có hệ số phẩmchấtcao(khoảng 5000) nên sai số củanókhoảng 0,5%. 3. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng ống dẫnsóng + ống dẫnsóngcóthể là loại ống dẫnsóngchữ nhậthay ống dẫn sóng tròn. + Piston P có thểđiềuchỉnh dọctheoống bởihệ § thống róng cưaxoắn ốc đượckhắc độ tầnsố. Năng lượng kích thích hốccộng hưởng được ghép qua lỗ hổng G trên thành đượcnốitắtcủa ống. V® P lt® + Khi điềuchỉnh piston P để có ltd=nλ/2 thì thiếtbị chỉ thị sẽ chỉ cực đại. G +Tầnsố mét vớihốccộng hưởng thích hợpvớidải sóng nhỏ hơn3cm. +Do cóhệ số phẩmchấtcao(khoảng 30000) nên Hình 5-8 sai số củanónhỏ khoảng (0,01÷0,05)%. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 110 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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. -Hìnhảnh nhận được trên màn là hình Lixazu. Thay đổi fm sao cho trên màn nhận được hình Lixazu ổn định nhất. nY=4, nX=2 -Khi đó: Hình 5-9 với nY, nX nguyên dương fm nY = nY : số giao điểm của đường cắt dọc với ảnh f x nX nX : số giao điểm của đường cắt ngang với ảnh -Tổng quát: f X nY = fX : tầnsốđưa vào kênh lệch ngang X fY nX fY : tầnsốđưa vào kênh lệch đứng Y Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 111 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 112 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha U Ud 5.4.1. Phương Ufx M¹ch T¹o d¹ng x Khãa Bé ®Õm pháp xác định vµo xung xung nhiều chu kỳ U dk Nx Xung xãa hình 5.10 T¹o xung Uch T¹o xung Gi¶i m· vµ chuÈn ®iÒu khiÓn Xung chèt chØ thÞ Ufx a) t T Ux x b) t Δ t Udk c) hình 5.11 t Udo d) t N x Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 113 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4.1. Phương pháp xác định nhiềuchu kỳ (tiếp) a. Sơ đồ khối U M¹ch T¹o d¹ng U U Bé ®Õm fx x Khãa d vµo xung xung Udk Nx Xung xãa Xung T¹o xung Uch T¹o xung Gi¶i m· vµ chuÈn ®iÒu khiÓn Xung chèt chØ thÞ 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 đổi t/h tuần hoàn dạng bấtkỳởđầu vào thành hình sin cùng chu kỳ với t/h vào đó. -Mạch tạodạng xung:biến đổi t/h hình sin có chu kỳ Tx thành t/h xung nhọn đơncựctínhcóchukỳ Tx. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 114 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha b. Chứcnăng các khối: (tiếp) U M¹ch T¹o d¹ng U U Bé ®Õm fx x Khãa d vµo xung xung U dk Nx Xung xãa T¹o xung Uch T¹o xung Gi¶i m· vµ chuÈn ®iÒu khiÓn Xung chèt chØ thÞ Hình 5-10: Sơ đồ khốimáyđếmtầntheophương pháp xác định nhiều chu kỳ - 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 vớitầnsố f0, xung chuẩnnàyđược đưa qua bộ chia tần để k tạo ra xung có tầnsố là fch = f0/n = 10 (Hz). - Tạo xung điềukhiển: nhận t/h Uch và tạo ra xung đ/k đóng mở khoá có độ -k 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 đoạnhoặcLCD để chỉ thị kếtquả cần đo. - Bộđếm: đếm các xung ởđầura. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 115 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha c. Nguyên lý làm việc: -Trongt/gcóxungđiều khiển khoá sẽđược Ufx mở, xung đếm qua a) khoá kích thích cho bộ t đếm xung. T -Giả sử trong 1 chu kỳ Ux x đếm Δt, đếm đượcNx b) xung. Số xung Nx này t Δt sẽđược đưaqua mạch Udk giảimãvàchỉ thịđể c) hiểnthị kếtquả là tần t số cần đo Nx Udo Δt = Nxx T = fx N 1d) ⇒ f = x , với Δt = T = x Δt ch f t ch Nx Nx vậy fxxch = =N.f Tch Hình 5-11: Giản đồ thờigian k f = 10.Nk Nếuchọnfch = 10 (Hz) thìxx (Hz) Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 116 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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. -Saisố 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 hợpnày ta sẽ chuyển sang phương pháp đo xác định 1 chu kỳ. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 117 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4.2. Phương pháp xác định một chu kỳ Ufx t U T¹o xung ch Ud Bé ®Õm Khãa U Tx ®Õm chuÈn xung x U dk Nx t Udk Δt = nT Xung xãa x T¹o (n = 1) T¹o U M¹ch U xung Gi¶i m· vµ fx d¹ng x vµo ®iÒu chØ thÞ sè t xung Xung chèt Uch T khiÓn t Udo hình 5.12 N t Nx xung hình 5.13 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 118 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4.2. Phương pháp xác định một chu kỳ (tiếp) a. Sơ đồ khối Uch U T¹o xung Khãa d Bé ®Õm ®Õm chuÈn xung U dk Nx T¹o xãa Xung T¹o U M¹ch U xung Gi¶i m· vµ fx d¹ng x vµo ®iÒu chØ thÞ sè xung Xung chèt khiÓn Hình 5-12: Sơ đồ khốimáyđếmtầntheophương pháp xác định mộtchukỳ b. Chứcnăng các khối: -Mạch vào: Thựchiệntiềnxử lý như phân áp, lọc nhiễu hoặcbiến đổi tín hiệu tuầnhoàndạng bấtkỳởđầu vào thành hình sin cùng chu kỳ với tín hiệuvàođó. -Mạch tạodạng xung: Biến đổi tín hiệu hình sin có chu kỳ Tx thành tín hiệu xung nhọn đơncựctínhcóchukỳ Tx. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 119 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha b. Chứcnăng các khối: (tiếp) Uch U T¹o xung Khãa d Bé ®Õm ®Õm chuÈn xung U dk Nx T¹o xãa Xung T¹o U M¹ch U xung Gi¶i m· vµ fx d¹ng x vµo ®iÒu chØ thÞ sè xung Xung chèt khiÓn Hình 5-12: Sơ đồ khốimáyđếmtầntheophương pháp xác định mộtchukỳ - Tạo xung chuẩn: Tạo ra các xung thờigianchuẩncóđộ chính xác cao vớitần số fch. Các xung này đượcsử dụng làm xung đếm đưatới khóa. - Tạo xung điềukhiển: Nhậntínhiệutừ mạch tạodạng xung và tạo ra xung điềukhiển đóng mở khoá có độ rộng Δt = nTx (s). - Bộđếm: Đếm các xung ởđầu ra, xung đếmlấytừ bộ tạo xung đếmchuẩn. - Mạch giảimãvàchỉ thị: Giải mã xung đếm đượcvàđưa vào các cơ cấuchỉ thị số, có thể là dùng Led 7 đoạnhoặcLCD để chỉ thị kếtquả cần đo. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 120 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha c. Nguyên lý làm việc: Ufx - T/h Ufx đưa qua Mạch vào tới Bộ tạodạng xung để tạo ra xung t nhọncóchukỳ Tx. Xung này sẽ đ/k Bộ tạodạng xung đ/k để tạo Tx Ux ra xung đ/k có độ rộng Δt=nTx (VD: n=1) - Trong t/gian có xung Δt, xung t U dk (n = 1) Δt = nTx đếmchuẩnUch qua khoá kích thích cho bộđếm xung. t -Giả sửđếm đượcNx xung thì Uch T ch số xung Nx này sẽđược đưa qua mạch giảimãvàchỉ thịđểđạt t đượckếtquả là tầnsố hoặcchu Udo kỳ cần đo Δt=T =N .T , vớiT x x ch ch N là chu kỳ của xung đếmchuẩn t Nx xung ⇒ fx=1/Tx = 1/NxTch = fch/Nx k Hình 5-13 Giản đồ thờigian k 10 Nếuchọnfch = 10 (Hz) thìfx = (Hz) với k = 0, ±1, ±2, Nx Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 121 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha d. Đánh giá sai số: -Do saisố của xung đếm -Do saisố lượng tử (±1/Nx) Kếthợp2 p2 đotrênđể tạora1 máyđếm tầncódảitần 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 122 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm(tiếp) a) t Tx Phương pháp đếmnộisuy b) t -Tín hiệucódạng hình sin, có Δt1 tầnsố fx cần đonhư hình 5.14a. c) Tín hiệunàyđượcthựchiện t biến đổidạng thành chuỗixung d) nhọn, có cùng chu kỳ Tx bởibộ n t tạodạng xung như hình 5.14b. e) t -Một tín hiệu xung cửathứ nhất Δt2x = nT có độ rộng , đượctạoratừ bộ f) tạocửa logic (hình 5.14c). Tín Tc t hiệunàyđượcsinhralàđộclập g) vớichuỗi xung trên. t h) t N Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 123 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 ởđầu vào là n (hình 5.14d), được đếm và ghi giữ số liệulại trong bộ nhớ. n Ta có: fx′ = Δt1 f ′ Trị số x là khác vớitrị số fx cần đobởicósaisố ± xung đếm. Do đó độ rộng của xung tín hiệucửathứ hai là: Δt2x = n.T Khi xung tín hiệucửathứ hai đượcchứa đầy xung tín hiệu đếmTx (hình 5.14g), và số lượng xung đếm đượclàN, thìcũng được ghi giữ lại (hình 5.14h). n.T n.f Ta có: N = x = c Tfcx n Do đó: f = f xcN Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 124 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4.3. Giảmnhỏ sai số ±1 xung đếm(tiếp) Đánh giá sai số phương pháp đếmnộisuysố Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 125 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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; Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 126 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 điểmmà điệnápbiến đổi qua giá trị 0 với giá trịđạohàm 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 ΔT ϕ = 2π (rad) hay ϕ0 = 3600 T T Hình 5-14 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 127 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 128 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 129 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.5.2. Pha mét chỉ thị số a.Chức năng các khối: •Mạch vào: thực hiện tiền xử lý tín hiệuvào, 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 U đo Giảimã Tạo xung Tạo xung và chuẩn đo xung chốt chỉ thị Hình 5.17- SơđồkhốicủaPhamétsố Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 130 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha b/ Nguyên lý làm việc: U U1 th U 2 t • Xung UT từ Trigger sẽ điều khiển đóng Ux1 mở khoá 1. Mỗi khi có xung, xung đếm t Uch từ bộ tạo xung đếm chuẩn sẽ được Ux2 đưa qua khoá 1 và đầu ra của khoá 1 là t xung Unx là 1 chuỗi gồm nhiều nhóm UT ΔT T xung đếm và được đưa vào khoá 2. t • Xung đo U điều khiển đóng mở khoá 2 đ Uch trong thời gian có xung đo Tđo . t •Giả sử có h nhóm xung được đưa qua Unx n xung khoá 2 vào kích thích cho bộ đếm xung, t T tổng số xung đếm được là Nx, số xung Uđo đo t Nx này được đưa qua mạch giải mã và chỉ thị để hiển thị kết quả là góc lệch Uđ pha cần đo. t • Ta có góc lệch pha giữa 2 tín hiệu U1(t) Nx xung và U2(t) là Hình 5.18 -Giản đồ thời gian Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 131 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo 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 làΔϕ' → Δϕ = Δϕ' + Δϕ •Khắcphục: do + Đưa tín hiệuU1(t) hoặcU2(t) vào cả 2 kênh, giả sử Phamét chỉ thị giá trị là ' ' , ta có: ' Δϕ = Δϕ Δϕ = Δϕ − Δϕ + Quádo trình hiệuchỉnhnàycóthdo ể đượdo cthựchiệnnhờ bộđếm xung thuận nghịch. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 132 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.5.3. Đo độ di pha bằng phương pháp vẽ dao động đồ U1 1. Phương pháp dùng quét tuyến tính: U2 u1 = U m1 sin()ωt + ϕ1 u2 = U m2 sin()ωt + ϕ2 ΔT ΔT Δϕ = ϕ − ϕ = 360. 1 2 T T 2. Phương pháp Lixazu: Hình 5.19 Giả thiết đo độ di pha củat/hiệuqua một M4C. 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: CH U (t) Chọn chuyểnmạch X-Y U1(t) CH1 2 2 UV Ur Vert.Mode Æ CH2 = UCH2ÆKênh Y M4C Source Æ CH1 = UCH1ÆKênh X Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT Hình 5.20 133 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian và đo độ di pha + Điềuchỉnh hệ số lệch pha để nhận đượcdaođộng 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 gốctrungtâmcủadaođộng đồ: đưacác MAX chuyểnmạch kếtnối đầuvàocủacả 2 kênh về vị trí Hình 5.21 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 đượcdao động đồ có dạng đường thẳng hoặcElip. + Xác định góc lệch pha: A B ⎛ A ⎞ ⎛ B ⎞ sin Δϕ = = ⇒ Δϕ = arcsin⎜ ⎟ = arcsin⎜ ⎟ Ymax X max ⎝ Ymax ⎠ ⎝ X max ⎠ Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 134 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
CHƯƠNG 6 1. Đo dòng điện: một chiều, xoay chiều 2. Đo điện áp: một chiều, xoay chiều 3. Đồng hồ vạn năng: tương tự, số Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 135 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 I R I R Amax S Amax S Hình 6.1 I R I domax =1+ A ; n = do max :hệ số mở rộng thang đo I Amax RS I Amax Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 136 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 137 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 138 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 139 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 140 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 141 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Uutdt= () T ∫ 0 Điện áp có chu kì dạng không sin: n 2222 2 UUUU=+++=01 2 ∑ Uk k=0 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 142 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp 1 T Uutdt0 = () 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 143 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp h(6.7b) là điện áp xung răng cưa: T 2 UUU1 2 ut()=⇒=mmm t U tdt = TT∫ T 2 3 0 U U = m 0 2 ⇒=kb 1; kd = 2 Hình 6.7b Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 144 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp h(6.7c) là điện áp xung vuông góc: ⎧ T Ut:0≤≤ ⎪ m 2 ut()= ⎨ T ⎪−UtT: ≤≤ ⎩⎪ m 2 U = Um và U = Um ⇒ kb = kd = 1 Hình 6.7c Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 145 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 146 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 147 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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? Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 148 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 149 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 đếm sánh R xung S U0 Nx E 0 ĐK2 xung Nguồn ĐK1 xoá điện áp Giải mã và chỉ thị mẫu Bộ điều khiển xung chốt ĐK2 Hình 6.11 - Sơ đồ khối Vôn mét số thời gian xung Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 150 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Nguyên lý làm việc: -Khichưa đo, khoá S hở (không ở vị trí nạphoặc phóng). - Quá trình biến đổi đượcthựchiệntheo2 bước tích phân sau: + Bước1: Tạit1, bộđiều khiển đưaraxungđiều khiển ĐK1 đưa khoá S về vị trí n, điệnápUx qua mạch vào Æ qua R nạpchoC Æ UC tăng. + Bước2: đếnthời điểmt2, bộđiềukhiển đưa ra xung điềukhiển ĐK2 đưaS về vị trí p và kết thúc quá trình nạp, C sẽ phóng điện qua nguồn điệnápmẫu (nguồn điệnápkhôngđổi, 1 chiềuE0), UC giảm đếnthời điểmt3 Æ UC= 0, bộ so sánh đưa ra xung so sánh USS. Xung ĐK2 và xung USS sẽ được đưavàođầuvàothiếtlập (S) và xoá (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 đưaqua mạch giảimãvàchỉ thịđểbiểuthị kếtquả UDC cần đo. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 151 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 t - Quá trình C phóng: 1 3 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 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 152 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp K v .U x .T1 U c (t3 ) = 0 → Tx = = N x .Tch E0 T : chu kỳ của xung đếmchuẩn. ch Uđk ĐK1 ĐK2 T .E t → U = ch 0 .N = S .N x x 0 x t1 t2 K .T Uc v 1 C nạp C phóng Un T1 t Tch .E0 → S = = const U t1 t2 t3 0 K .T ss v 1 t (thường chọnS=10k vớik=0, ±1, ) 0 UT Tx k t → U x = 10 .N x Uch Giản đồ thời gian: hình 6.12 t Uđ t Nx xung Hình 6.12 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 153 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 từđầuvào. Tuynhiên, vớiphương pháp tích phân 2 lần, có thể loạitrừ hoàn toàn nhiễuchukỳ nếuchọnT1= n.Tnh vớiTnh là chu kỳđộnhiễu. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 154 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 155 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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( ) = Usinω t D UX(t) Cnạp C C Um phóng UX AC R In V UC=Um Ip V t -Um Hình 6.13 -Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàođóng và giản đồ thời gian của nó Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 156 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp Nguyên lý làm việc: - Trong nửachukỳ (+) đầu tiên, D thông, C đượcnạp điện nhanh qua trở Ri với hằng số nạp τn=Ri.C và UC tăng đếnkhiUC > Ux(t). Lúc này D tắtvàtụ C sẽ phóng điệnqua RV vớihằng số phóng Tp=RV.C -Khi UC giảm đếnkhiUC < Ux(t) thì tụ lại đượcnạp. NếuchọnTn<< Tth <<Tp thìsauvàichukỳ UC có giá trị không đổivàxấpxỉ 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. Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 157 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp + Mạch tách sóng đỉnh có đầuvàomở U x()t = U0 +Um sinωt C Nguyên lý làm việc: UC UD UX AC RV Cho điện áp vào hình sin, Trong 1/2 nửachu D kỳ (+) đầu tiên D thông, C đượcnạp điệnvới V hằng số nạpTn=RD thông . C và UC tăng đếnkhi U > U (t). Lúc này D tắtvàtụ C sẽ phóng C X UX(t) điệnqua RV vớihằng số phóng Tp=RV.C ; và U0 UC giảm đếnkhi UC < UX(t) tụ lại đượcnạp. t NếuchọnTn<< Tth <<Tp 0 C1.RD th<<Tth<<RVC R << R D th V -Um Thì sau 1 số chu kỳ t/hiệutụ C sẽ đượcnạp -Um -2Um t =U0+Um. Giả thiếtchiềucủa điệnápnhư hvẽ UUUUU=−=+sinωω tUU −+( ) = U( sin t − 1) Dx≈ C00 m m m Hình 6.14 - Mạch tách sóng đỉnh có ⇒=−UUDm đầuvàomở và giản đồ thời gian của nó Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 158 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
Chương 6. Đo dòng điệnvàđiệnáp b) Mạch tách sóng trung bình: Có nhiệmvụ biến đổi điệnápxoaychiều thành điệnáp1 chiềucógiátrị trung bình tỷ lệ vớitỷ sốđiệnáptrungbìnhcủa điệnápvào. Thường dùng các mạch chỉnh lưucả chu kỳ hoặcnửachukỳ. + Mạch chỉnh lưunửachukỳ: D RV D1 là chỉnh lưunửachukỳ. D2 là ngăn không để điện áp ngược quá lớn đánh thủng D1 đặtlênVônkế và V làm cho điệntrở trong mạch tách sóng đồng đều trong cả chu kỳ. Kiểumắc 1 diode ChọnRV>> RD1thuận RV+ RD1th=R+RD2th R D1 V URV Um D2 Utb=Um/π 0 R Kiểumắc 2 diode // Hình 6.15 Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 159 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT
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 vớigiátrị hiệudụng của điệnápxoaychiều. U URDC=k.UXhd XAC Tách sóng hiệu dụng Khoa Kỹ thuật Điệntử 1, PTIT 160 www.ptit.edu.vn KS. NGUYỄN TRUNG HIẾU, BỘ MÔN KTĐT