Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Trần Thục Linh

188 trang ngocly 2350

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Trần Thục Linh", 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_tran_thuc_linh.pdf

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử - Trần Thục Linh

CƠ SỞ ĐO LƢỜNG ĐIỆN TỬ Giảng viên: Trần Thục Linh Khoa Kỹ thuật điện tử 1 Học viện công nghệ bưu chính viễn thông ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 1
Sách tham khảo 1. Cơ sở kỹ thuật đo lƣờng điện tử, Vũ Quý Điềm, nhà xuất bản KHKT, 2001 2. Đo lƣờng điện-vô tuyến điện, Vũ Nhƣ Giao và Bùi Văn Sáng, Học viện kỹ thuật quân sự, 1996 3. Electronic Test Instruments, Bob Witte, 2002 4. Radio Electronic Measurements, G.Mirsky, Mir Publishers, Moscow, 1978 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 2
NỘI DUNG • CHƢƠNG 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử • CHƢƠNG 2. Đánh giá sai số đo lƣờng • CHƢƠNG 3. Các cơ cấu chỉ thị trong máy đo • CHƢƠNG 4. Máy hiện sóng • CHƢƠNG 5. Đo tần số, khoảng thời gian và độ di pha • CHƢƠNG 6. Đo dòng điện và điện áp • CHƢƠNG 7. Đo công suất • CHƢƠNG 8. Phân tích phổ • CHƢƠNG 9. Đo các tham số của mạch điện ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 3
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử Định nghĩa: đo lƣờng là khoa học về các phép đo, các phƣơng pháp và các công cụ để đảm bảo các phƣơng pháp đo đạt đƣợc độ chính xác mong muốn 2.1 Các phương pháp đo: 1. Phƣơng pháp đo trực tiếp: dùng máy đo hay các mẫu đo (các chuẩn) để đánh giá số lƣợng của đại lƣợng cần đo. Kết quả đo chính là trị số của đại lƣợng cần đo. X a - VD: đo điện áp bằng vôn-mét, đo tần số bằng tần số-mét, đo công suất bằng oát-mét, - Đặc điểm: đơn giản, nhanh chóng, loại bỏ đƣợc các sai số do tính toán 2. Đo gián tiếp: kết quả đo không phải là trị số của đại lƣợng cần đo, mà là các số liệu cơ sở để tính ra trị số của đại lƣợng này. X F a ,a , ,a - VD: đo công suất bằng vôn-mét v1à ampe2 -mn ét, đo hệ số sóng chạy bằng dây đo, - Đặc điểm: nhiều phép đo và thƣờng không nhận biết ngay đƣợc kết quả đo ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 4
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử 3. Phƣơng 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 lƣợng của một quá trình nghiên cứu - Phép đo tƣơng quan đƣợc thực hiện bằng cách xác định khoảng thời gian và kết quả của một số thuật toán có khả năng định đƣợc trị số của đại lƣợng thích hợp. - VD: đo tín hiệu đầu vào và đầu ra của một hệ thống - 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 đƣợc xác định bằng độ dài khoảng thời gian của quá trình xét. 4. Các phƣơng pháp đo khác: - Phƣơng pháp đo thay thế - Phƣơng pháp hiệu số (phƣơng pháp vi sai, phƣơng pháp chỉ thị không, phƣơng pháp bù) - Phƣơng pháp chỉ thị số ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 5
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử 2.2 Phương tiện đo và các đặc tính cơ bản 1. Phương tiện đo là phƣơng tiện kĩ thuật để thực hiện phép đo, chúng có những đặc tính đo lƣờng đã đƣợc qui định. - Phƣơng tiện đo đơn giản: mẫu, thiết bị so sánh, chuyển đổi đo lƣờng - Phƣơng tiện đo phức tạp: máy đo (dụng cụ đo), thiết bị đo tổng hợp và hệ thống thông tin đo lƣờng. + Mẫu: phƣơng tiện đo dùng để sao lại đại lƣợng vật lí có giá trị cho trƣớc với độ chính xác cao. Chuẩn là mẫu có cấp chính xác cao nhất. Chuẩn là phƣơng tiện đo đảm bảo việc sao và giữ đơn vị. + Thiết bị so sánh: phƣơng tiện đo dùng để so sánh 2 đại lƣợng cùng loại để xem chúng “ = ”, “ > ”, “ < ”. + Chuyển đổi đo lường: phƣơng tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lƣờng về dạng thuận tiện cho việc truyền tiếp, biến đổi tiếp, xử lí tiếp và giữ lại nhƣng ngƣời quan sát không thể nhận biết trực tiếp đƣợc (VD: bộ KĐ đo lƣờng; biến dòng, biến áp đo lƣờng; quang điện trở, nhiệt điện trở, ) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 6
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử + Dụng cụ đo: phƣơng tiện đo dùng để biến đổi tín hiệu thông tin đo lƣờng về dạng mà ngƣời quan sát có thể nhận biết trực tiếp đƣợc (VD: vônmét, ampe mét, ) Dụng cụ đo Mức độ tự Dạng của tín Phƣơng pháp Các đại lƣợng động hóa hiệu biến đổi đầu vào Dụng cụ đo Dụng cụ Dụng cụ Dụng cụ Dụng cụ đo Dụng cụ đo Dụng cụ đo biến Dụng cụ không tự tự động tƣơng tự đo số đo biến đo dòng đo tần số động đổi thẳng đổi cân điện bằng + Thiết bị đo tổng hợp và hệ thống thông tin đo lường: là các phƣơng tiện đo phức tạp dùng để kiểm tra, kiểm định và đo lƣờng. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 7
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử 2. Các đặc tính cơ bản của phương tiên đo Các đặc tính tĩnh đƣợc xác định thông qua quá trình chuẩn hoá thiết bị. +Hàm biến đổi: là tƣơng quan hàm số giữa các đại lƣợng đầu ra Y và các đại lƣợng đầu vào X của phƣơng tiện đo, Y=f(X) +Độ nhạy: là tỷ số giữa độ biến thiên của tín hiệu ở đầu ra Y của phƣơng tiện đo với độ biến thiên của đại lƣợng đo đầu vào X tƣơng ứng. dY Ký hiệu: S dX +Phạm vi đo: là phạm vi thang đo bao gồm những giá trị mà sai số cho phép của phƣơng tiện đo đối với các giá trị đo đã đƣợc qui định +Phạm vị chỉ thị : là phạm vi thang đo đƣợc giới hạn bởi giá trị đầu và giá trị cuối của thang đo. +Cấp chính xác: đƣợc xác định bởi giá trị lớn nhất của các sai số trong thiết bị đo. Thƣờng đƣợc tính toán bằng đại số tƣơng đối quy đổi. +Độ phân giải: Chính là độ chia của thang đo hay giá trị nhỏ nhất có thể phân biệt đƣợc trên thang đo (mà có thể phân biệt đƣợc sự biến đổi trên thang đo). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 8
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử 3. Phân loại các máy đo: a) Máy đo các thông số và đặc tính của tín hiệu: VD: Vôn mét điện tử, tần số mét, MHS, máy phân tích phổ, Sơ đồ khối chung: Đầu Thiết bị Thiết bị Mạch vào vào y(t) biến đổi chỉ thị Nguồn cung cấp - Tín hiệu cần đo đƣa tới đầu vào máy - Mạch vào: truyền dẫn tín hiệu từ đầu vào tới Thiết bị biến đổi. Mạch vào thƣờng là bộ KĐ phụ tải catốt (Zvào cao), thực hiện phối hợp trở kháng. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 9
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử - Thiết bị biến đổi: thực hiện so sánh và phân tích. Có thể tạo ra tín hiệu cần thiết để so sánh tín hiệu cần đo với tín hiệu mẫu. Có thể phân tích tín hiệu đo về biên độ, tần số, hay chọn lọc theo thời gian. Thƣờng là các mạch KĐ, tách sóng, biến đổi dạng điện áp tín hiệu, chuyển đổi dạng năng lƣợng, - Thiết bị chỉ thị: biểu thị kết quả đo dƣới dạng thích hợp với giác quan giao tiếp của sinh lí con ngƣời hay với tin tức đƣa vào bộ phận điều chỉnh, tính toán, VD: đồng hồ đo chỉ thị kim, ống tia điện tử, hệ thống đèn chỉ thị số, thiết bị nhớ, Nguồn cung cấp: cung cấp năng lƣợng cho máy, và làm nguồn tạo tín hiệu chuẩn. b) Máy đo đặc tính và thông số của mạch điện: Mạch điện cần đo thông số: mạng 4 cực, mạng 2 cực, các phần tử của mạch điện. Sơ đồ khối chung: cấu tạo gồm cả nguồn tín hiệu và thiết bị chỉ thị, (hvẽ) VD: máy đo đặc tính tần số, máy đo đặc tính quá độ, máy đo hệ số phẩm chất, đo RLC, máy thử đèn điện tử, bán dẫn và IC, ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 10
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử Nguồn tín hiệu Nguồn Đối (a) cung cấp tượng đo Thiết bị chỉ thị Nguồn Đối Mạch đo (b) tín hiệu tượng đo Thiết bị chỉ thị ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 11
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử c) máy tạo tín hiệu đo lƣờng: Sơ đồ khối chung: Bộ tạo Bộ biến Mạch sóng chủ đổi ra x(t) Bộ điều Nguồn Thiết bị chế cung cấp đo Bộ tạo sóng chủ: xác định các đặc tính chủ yếu của tín hiệu nhƣ dạng và tần số dao động, thƣờng là bộ tạo sóng hình sin hay xung các loại Bộ biến đổi: nâng cao mức năng lƣợng của tín hiệu hay tăng thêm độ xác lập của dạng tín hiệu, thƣờng là bộ KĐ điện áp, KĐ công suất, bộ điều chế, thiết bị tạo dạng xung, Các máy phát tín hiệu siêu cao tần thƣờng không có Bộ biến đổi đặt giữa Bộ tạo sóng chủ và đầu ra, mà dùng Bộ điều chế trực tiếp để khống chế dao động chủ ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 12
Chƣơng 1. Giới thiệu chung về đo lƣờng điện tử Mạch ra: để điều chỉnh các mức tín hiệu ra, biến đổi Zra của máy. Nó thƣờng là mạch phân áp, biến áp phối hợp trở kháng, hay bộ phụ tải Catốt. Thiết bị đo: kiểm tra thông số của tín hiệu đầu ra. Nó thƣờng là vôn mét điện tử, thiết bị đo công suất, đo hệ số điều chế, đo tần số, Nguồn: cung cấp nguồn cho các bộ phận, thƣờng làm nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng lƣới điện thành điện áp 1 chiều có độ ổn định cao. d) Các linh kiện đo lƣờng: gồm các linh kiện lẻ, phụ thêm với máy đo để tạo nên các mạch đo cần thiết. Chúng là các điện trở, điện cảm, điện dung mẫu; hay các linh kiện để ghép giữa các bộ phận của mạch đo (VD: bộ suy giảm, bộ dịch pha, bộ phân mạch định hƣớng, ) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 13
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2.1 Khái niệm & nguyên nhân sai số: * Khái niệm sai số: là độ chênh lệch giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lƣợng đo. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: thiết bị đo, phƣơng thức đo, ngƣời đo * Nguyên nhân gây sai số: - Nguyên nhân khách quan: do dụng cụ đo không hoàn hảo, đại lƣợng đo bị can nhiễu nên không hoàn toàn đƣợc ổn định, - Nguyên nhân chủ quan: do thiếu thành thạo trong thao tác, phƣơng pháp tiến hành đo không hợp lí, 2.2 Phân loại sai số * Theo cách biểu diễn sai số: -Sai số tuyệt đối: là hiệu giữa kết quả đo đƣợc với giá trị thực của đại lƣợng đo X X do Xthuc -Sai số tƣơng đối chân thực: là giá trị tuyệt đối của tỉ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị thực của đại lƣợng đo X ct .100% X thuc ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 14
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng -Sai số tƣơng đối danh định: X dd .100% X do -Sai số tƣơng đối qui đổi: là giá trị tuyệt đối của tỷ số giữa sai số tuyệt đối và giá trị định mức của thang đo. X qd .100% cấp chính xác của đại lƣợng đo X dm Xdm= Xmax -Xmin : giá trị định mức của thang đo Nếu giá trị thang đo: 0Xmax Xdm=Xmax * Theo sự phụ thuộc của sai số vào đại lượng đo: - Sai số điểm 0 (sai số cộng) là sai số không phụ thuộc vào giá trị đại lƣợng đo. - Sai số độ nhạy (sai số nhân) là sai số phụ thuộc vào giá trị đại lƣợng đo ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 15
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng * Theo vị trí sinh ra sai số ta có sai số phương pháp và sai số phương tiện đo: - Sai số phƣơng pháp là sai số do phƣơng pháp đo không hoàn hảo - Sai số phƣơng tiện đo là sai số do phƣơng tiện đo không hoàn hảo. Gồm: sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên, sai số điểm 0, sai số độ nhậy, sai số cơ bản, sai số phụ, sai số động, sai số tĩnh. Sai số cơ bản của phƣơng tiện đo là sai số của phƣơng tiện đo khi sử dụng trong điều kiện tiêu chuẩn Sai số phụ của phƣơng tiện đo là sai số sinh ra khi sử dụng phƣơng tiện đo ở điều kiện không tiêu chuẩn Sai số tĩnh là sai số của phƣơng tiện đo khi đại lƣợng đo không biến đổi theo thời gian Sai số động là sai số của phƣơng tiện đo khi đại lƣợng đo biến đổi theo thời gian ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 16
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng * Theo qui luật xuất hiện sai số: - Sai số hệ thống - Sai số ngẫu nhiên 2.2.1 Sai số hệ thống - Do các yếu tố thƣờng xuyên hay các yếu tố có qui luật tác động. - Kết quả đo có sai số của lần đo nào cũng đều lớn hơn hay bé hơn giá trị thực của đại lƣợng cần đo VD: + Do dụng cụ, máy móc đo chế tạo không hoàn hảo + Do chọn phƣơng pháp đo không hợp lí, hoặc lỗi trong quá trình xử lí kết quả đo, + Do khí hậu (nhiệt độ, độ ẩm, ) khi đo không giống với điều kiện khí hậu tiêu chuẩn theo qui định ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 17
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2.2.2 Sai số ngẫu nhiên - Do các yếu tố bất thƣờng, không có qui luật tác động. VD: + Do điện áp cung cấp của mạch đo không ổn định + Do biến thiên khí hậu của môi trƣờng xung quanh trong quá trình đo Trị số đo sai: là kết quả các lần đo có các giá trị sai khác quá đáng, thƣờng do sự thiếu chu đáo của ngƣời đo hay do các tác động đột ngột của 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 đƣợc, chỉ có thể định lƣợng đƣợc giá trị sai số ngẫu nhiên bằng lí thuyết xác suất & thống kê. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 18
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2.3 Ứng dụng phương pháp phân bố chuẩn để định giá sai số Yêu cầu: - tất cả các lần đo đều phải thực hiện với độ chính xác nhƣ nhau - phải đo nhiều lần 2.3.1 Hàm mật độ phân bố sai số - Tiến hành đo n lần một đại lƣợng nào đó, ta thu đƣợc các kết quả đo có các sai số tƣơng ứng là x1, x2, ,xn - Sắp xếp các sai số theo giá trị độ lớn của nó thành từng nhóm riêng biệt, vd: n1 sai số có trị số từ 0÷0,01; n2 sai số có trị số từ 0,01÷0,02; n n -  1 ,  2 , là tần suất ( hay tần số xuất hiện) các lần đo có các 1 n 2 n sai số ngẫu nhiên nằm trong khoảng có giá trị giới hạn đó - Lập biểu đồ phân bố tần suất: limn (x)=p(x) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 19
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng p(x) là hàm số phân bố tiêu chuẩn các sai số (hàm số chính tắc). Thực tế thì phần lớn các trƣờng hợp sai số trong đo lƣờng điện tử đều thích hợp với qui luật này h 2 2 p(x) e h x (hàm Gauss) (1) h : thông số đo chính xác h lớn đƣờng 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 suất xuất hiện của các sai số có trị số bé thì nhiều hơn xác suất xuất hiện của các sai số có trị số lớn. b. Xác suất xuất hiện sai số không phụ thuộc dấu, nghĩa là các sai số có trị số bằng nhau về giá trị tuyệt đối nhƣng khác dấu nhau thì có xác suất xuất hiện nhƣ nhau. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 20
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2.3.2 Sử dụng các đặc số phân bố để đánh giá kết quả đo và sai số đo 1. Sai số trung bình bình phương: + Đo n lần một đại lƣợng X, các kết quả nhận đƣợc là n trị số sai số có giá trị nằm trong khoảng giới hạn x1 ÷ 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 1 h 2 2 tƣơng tự ta có: dp e h x2 dx 2 2 h 2 2 dp e h xn dx x n n ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 21
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng Xác suất của n lần đo coi nhƣ xác suất của một sự kiện phức hợp, 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: 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 1 x2 2 2  i (3) n 2h  xi 0 2h n n 2  xi (4) Sai số TBBP ():  i 1 n ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 22
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng x2 1 2 Hàm phân bố tiêu chuẩn: p(x) e 2 (5) 2  Xác suất xuất hiện các sai số có trị số <  : t t 2 2 i P x  e 2 dt (6) 2 0 ti h 2xi h 2 1 h 2 t 2 1 t 2 2 2 P x  e 2 dt e 2 dt 2 0 2 0 P x  0,638 2/3 (7) * Lấy  để định giá sai số của KQ đo độ tin cậy chƣa đảm bảo. lấy M=3 (sai số cực đại). 3 t 2 2 P x M e 2 dt 0,997 (8) 2 0 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 23
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2. Trị số trung bình cộng: - Đo X, thu đƣợc n các kết quả đo: a1, a2, , an - Các sai số của các lần đo riêng biệt: x1= a1-X, x2= a2-X, , xn= an-X - Các xi chƣa biết X cần đo chƣa biết - Thực tế chỉ xác định đƣợc trị số gần đúng nhất với X (trị số có xác suất lớn nhất): 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 chƣa biết vì X chƣa biết. - Sai số dƣ là sai số tuyệt đối của giá trị các lần đo ai với a : i ai a n n n n i ai n.a ai ai 0 (10) i 1 i 1 i 1 i 1 - Thực tế: a X ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 24
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng n n 2 2  xi i  i 1 i 1 n n 1 (11)  - Sai số TBBP của a : a (12) n n  i 4. Sai số TB: d i 1 (13) n(n 1) 5. Độ tin cậy và khoảng tin cậy: Xác suất của các sai số có trị số không vƣợt quá 1 giá trị  cho trƣớc nào đó, bằng: / t 2 2 a   t P a X  e 2 dt t i , i 2 0 a ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 25
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng  Nếu biết P, dựa vào bảng hàm số  t trong sổ tay tra cứu về toán t hay a  ta a X ta (16) a ta X a ta Đó là khoảng tin cậy, khoảng này có xác suất chứa đựng trị số thực của đại lƣợng cần đo X là P  t . P là độ tin cậy của phép đánh giá. Kết quả đo: (17) X a ta n 10 Để đảm bảo độ tin cậy P =0,997 thì lấy t=3 ta có: X a 3a (18) Quan hệ giữa độ tin cậy P, t, với n >10 (bảng 1) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 26
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 6. Sai số cực đại và sai số thô: Sai số cực đại M 3 (n >10) M ts 2 n 10 Sai số thô: sai số |i| của lần quan sát nào lớn hơn sai số cực đại thì đó là sai số thô. X a tsa 7. Phân bố student: Khoảng tin cậy: a ts a X a t s a 2 n 10 2 n 10 Giá trị của ts đƣợc cho trong bảng 2 2.4 Cách xác định kết quả đo: Thực hiện đo n lần thu đƣợc các kết quả đo: a1, a2, , an n 1. Tính trị số trung bình cộng:  ai a i 1 n ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 27
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2. Tính sai số dƣ: i ai a Kiểm tra: n i 0 hay không? i 1 3. Tính sai số TBBP: n 2 i  i 1 n 1 4. Kiểm tra xem có sai số thô? nếu có sai số thô thì loại bỏ kết quả đo tƣơng ứng và thực hiện lại bƣớc 1-4 5. Tính sai số TBBP của trị số TB cộng:   a n ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 28
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 6. Xác định kết quả đo: X a ta với n 10 nếu 2 n 10 : X a tsa * Cách viết hàng chữ số của KQ đo: - Lấy ta chỉ cần lấy với 2 số sau dấu phẩy. - Lấy a phải chú ý lấy chữ số sao cho bậc của số cuối của nó bậc của hai con số của . VD: kết quả đo là X = 275,24 ± 1,08 thì phải viết lại là: X = 275,2 ± 1,1 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 29
Bảng 1 Giá trị t theo giá trị xác suất cho trước Bảng 2 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 30
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng 2.5 Sai số của phép đo gián tiếp: Giả sử X là đại lƣợng cần đo bằng phép đo gián tiếp; Y,V,Z là các đại lƣợng đo đƣợc bằng phép đo trực tiếp X = F(Y,V,Z) Y, V, Z là các sai số hệ thống tƣơng ứng khi đo Y, V, Z ; X là sai số hệ thống khi xác định X X + X = F(Y+ Y,V+ V,Z+ Z ) Các sai số có giá trị nhỏ nên: FFF   XYVZ+ X=F Y,V,Z + + + Y VZ  FFF   X= YVZ + + Y VZ  ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 31
Chƣơng 2. Đánh giá sai số đo lƣờng TH1: X = aY + bV + cZ X = a Y + b V + c Z TH2: X =KY V  Z  XYVZ=KY 1 VZ   +KYV   1 Z  +KYVZ    1 Thực tế dùng sai số tƣơng đối: XYVZ = +  +  X XVZY XYVZ=  +  +  Xác định sai số TBBP của phép đo gián tiếp thông qua sai số TBBP của các phép đo trực tiếp thành phần 2 2 2 FFF   X = YVZ +  +  YVZ   ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 32
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.1 Nguyên tắc hoạt động chung của cơ cấu đo Bao gồm 2 thành phần cơ bản : Tĩnh và động. - Hoạt động theo nguyên tắc biến đổi liên tục điện năng thành cơ năng làm quay phần động của nó. Trong quá trình quay lực cơ sinh công cơ học một phần thắng lực ma sát, một phần làm biến đổi thế năng phần động. - Quá trình biến đổi năng lƣợng trong CCĐ đƣợc thể hiện theo chiều biến đổi: dòng điện Ix (hoặc Ux ) năng lƣợng điện từ Wđt, Wđt sẽ tƣơng tác với phần động và phần tĩnh tạo ra F (lực) tạo mômen quay (Mq) góc quay ; tỷ lệ với f(Ix) hoặc = f(Ux) Giả sử cơ cấu đo có n phần tĩnh điện (mang điện tích) và n cuộn dây. Thông thƣờng điện áp đƣợc đƣa vào cuộn dây. Năng lƣợng điện từ sinh ra đƣợc xác định nhƣ sau: i n 11 i n j nn j n 122 1 1 WCULIMIIdt  ij ij  i i  ij i j 2i 1 2 i 1 2 i 1 j i 11 j i ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 33
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo i : cuộn dây j : phần tử mang điện tích CUij, ij : điện dung và điện áp giữa 2 phần tử tích điện i và j. IIij, : dòng điện trong các cuộn dây i và j. Li : điện cảm của cuộn dây i Mij : hỗ cảm giữa hai cuộn dây i và j Năng lƣợng điện từ sinh ra phụ thuộc vào điện áp, điện dung, dòng điện, cuộn cảm và hỗ cảm. Tƣơng tác giữa phần tĩnh và phần động tạo ra 1 momen quay bằng sự biến thiên của năng lƣợng từ trên sự biến thiên góc quay. dWdt Mq d dWdt : sự biến thiên của năng lƣợng từ d : sự biến thiên của góc quay ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 34
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Để tạo ra sự phụ thuộc giữa góc quay và giá trị đo; trong khi đo ngƣời ta sử dụng thêm lò xo phản kháng để tạo ra momen phản kháng chống lại sự chuyển động của phần động. M pk D D: là hệ số phản kháng của lò xo Kim chỉ thị sẽ dừng lại ở vị trí cân bằng khi dWdt 1 dWdt M pk Mq D d D d Wdt : phụ thuộc vào điện áp, dòng điện đặt vào cuộn dây. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 35
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2 Cơ cấu chỉ thị kim: Một số dụng cụ đo độ lệch: - Dụng cụ đo từ điện kiểu nam châm vĩnh cửu (TĐNCVC). - Dụng cụ đo điện động. - Dụng cụ đo kiểu điện từ. 3.2.1 Bộ chỉ thị kiểu từ điện: hoạt động theo nguyên tắc biến đổi điện năng thành cơ năng nhờ sự tƣơng tác giữa từ trƣờng của một nam châm vĩnh cửu và từ trƣờng của dòng điện qua 1 khung dây động ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 36
Chƣơng 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 (5) (4) trƣờng đều hƣớng tâm (B) (2) (1) I N S - Phần động: gồm 1 khung dây nhẹ (4) có thể quay xung quanh trục của 1 lõi sắt từ, 1 kim (2) chỉ thị (5) đƣợc gắn vào trục của khung dây, 1 (3) (6) lò xo phản kháng (6) với 1 đầu đƣợc gắn vào trục của khung dây, đầu còn lại đƣợc gắn với vỏ máy. Để định vị kim đúng điểm `0` khi chƣa đo thì một đầu của lò xo phản kháng ở trƣớc đƣợc liên hệ với một vít chỉnh `0` ở chính giữa mặt trƣớc của cơ cấu đo. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 37
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 2. Hoạt động: - Dòng điện trong cuộn dây của cơ cấu TĐNCVC phải chạy theo một chiều nhất định để cho kim dịch chuyển (theo chiều dƣơng) từ vị trí `0` qua suốt thang đo. - Đảo chiều dòng điện cuộn dây quay theo chiều ngƣợc lại và kim bị lệch về phía trái điểm `0`. Do đó các đầu nối của dụng cụ TĐNCVC đƣợc đánh dấu `+` và `-` để cho biết chính xác cực cần nối. Cơ cấu TĐNCVC đƣợc coi là có phân cực. - Phƣơng trình mô men quay và thang đo: Khi có dòng điện I chạy qua khung dây sẽ tạo ra 1 từ trƣờng tƣơng tác với từ trƣờng B của NCVC tạo ra 1 mômen quay: dW d M e I q d d d B.N.S.d : độ biến thiên của từ thông qua khung dây B: từ trƣờng NCVC ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 38
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo N: số vòng dây S: diện tích khung dây d : độ biến thiên góc quay của khung dây Mq= I.B.N.S Mô men quay Mq làm quay khung dây, khi đó mômen phản kháng do lò xo phản kháng tác động vào khung dây tăng Mpk= - D. (3.5) D - hệ số phản kháng của lò xo - 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 số ứng với một góc nào đó. Mq = Mpk (3.6)  I.B.N.S D. B.N.S B.N.S  I S0.I S : độ nhạy của cơ cấu đo D 0 D ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 39
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3. Đặc điểm của cơ cấu đo từ điện: + ƣu điểm: • Thang đo tuyến tính có thể khắc độ thang đo của dòng điện I theo góc quay của kim chỉ thị • Độ nhạy cơ cấu đo lớn • Dòng toàn thang (Itt) rất nhỏ (cỡ A) • Độ chính xác cao, có thể tạo ra các thang đo có cấp chính xác tới 0,5% • Ít chịu ảnh hƣởng của điện từ trƣờng bên ngoài. + Nhƣợc điểm: • Cấu tạo phức tạp, dễ bị hƣ hỏng khi có va đập mạnh • Chịu quá tải kém do dây quấn khung có đƣờng kính nhỏ • Chỉ làm việc với dòng 1 chiều, muốn làm việc với dòng xoay chiều phải có thêm điốt nắn điện * Ứng dụng: dùng rất nhiều làm cơ cấu chỉ thị cho các dụng cụ đo điện nhƣ Vônmét, Ampemét, , các phép đo cầu cân bằng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 40
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.2.2 Cơ cấu điện từ: hoạt động theo nguyên lý: năng lƣợng điện từ đƣợc biến đổi liên tục thành cơ năng nhờ sự tƣơng tác giữa từ trƣờng của cuộn dây tĩnh khi có dòng điện đi qua với phần động của cơ cấu là các lá sắt từ 1. Cấu tạo: có 2 loại - Loại cuộn dây hình tròn. - Loại cuộn dây hình dẹt + Loại cuộn dây hình tròn: kim chỉ thị -Phần tĩnh: là 1 cuộn dây hình trụ tròn, phía Lá sắt từ mềm tĩnh trong thành ống có gắn lá sắt từ mềm uốn quanh Cuộn dây tròn - Phần động: gồm 1 lá sắt từ cũng đƣợc uốn I1 cong và gắn vào trục quay nằm đối diện. Trên trục quay gắn kim chỉ thị và lò xo phản kháng Lá sắt động ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 41
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo + Loại cuộn dây dẹt: - Phần tĩnh: gồm 1 cuộn dây dẹt, ở giữa có 1 khe hẹp. kim chỉ thị Cuộn dây dẹt - Phần động: gồm 1 đĩa sắt từ đƣợc gắn lệch tâm, chỉ một phần nằm trong khe hẹp và có thể quay quanh trục. Trên trục của đĩa sắt từ có gắn kim chỉ thị và lò I xo phản kháng 2. Nguyên lý hoạt động chung: Khi có dòng I điện chạy qua cuộn dây tĩnh sẽ tạo ra một năng lƣợng từ trƣờng 1 W LI 2 tt 2 với L là điện cảm cuộn dây, có giá trị tuỳ thuộc vào vị trí tƣơng đối của lá sắt từ động và tĩnh Sự biến thiên năng lƣợng từ trƣờng theo góc quay tạo ra mômen quay trục quay kim chỉ thị quay dW M tt q d ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 42
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Khi kim chỉ thị quay mômen phản kháng tăng: Mpk= - D. Tại vị trí cân bằng: Mpk = Mq dW 1 dL DI tt 2 dd 2 11dW dL tt I 2 D d 2 D d 1 dL S I 2 , S 0 0 2D d Góc quay của kim chỉ thị tỷ lệ với bình phƣơng của I qua cuộn dây 3. Đặc điểm của CCĐ điện từ: + Ƣu điểm:  CCĐ từ điện có thể làm việc với dòng xoay chiều.  Có cấu tạo vững chắc, khả năng chịu tải tốt. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 43
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo + Nhƣợc điểm:  Độ nhạy kém do từ trƣờng phần tĩnh yếu  Thang đo phi tuyến  Độ chính xác thấp do dễ ảnh hƣởng của từ trƣờng bên ngoài do tổn hao sắt từ lớn Tuy nhiên vẫn đƣợc dùng nhiều trong các đồng hồ đo điện áp lớn 3.3 Cơ cấu chỉ thị số: Khoảng t Vật cần đo Trị số đo biến đổi chứa các xung đo đƣợc có tần số f kết quả Hiển thị biến đổi Đếm xung dƣới dạng trong t chữ số ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 44
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 1. Nguyên lí hoạt động chung: các cơ cấu đo hiển thị số thƣờng dùng phƣơng pháp biến đổi trị số của đại lƣợng đo ra khoảng thời gian có độ lâu t 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 t và thể hiện kết quả phép đếm dƣới dạng chữ số hiển thị. 2. Các đặc điểm: (a) Các ƣu điểm:  Độ chính xác đo lƣờng cao.  Chỉ thị kết quả đo dƣới dạng chữ số nên dễ đọc.  Có khả năng tự chọn thang đo và phân cực  Trở kháng vào lớn.  Có thể lƣu lại các kết quả đo để đƣa vào máy tính.  Dùng thuận tiện cho đo từ xa. (b) Các nhƣợc điểm:  Sơ đồ phức tạp  Giá thành cao  Độ bền vững nhỏ ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 45
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo 3.3.1 Bộ chỉ thị số dùng điốt phát quang (LED_ Light Emitting Diode) -Do sự tái hợp của các phần tử mang điện (điện tử và lỗ trống) của lớp tiếp xúc p-n khi định thiên thuận (các e- vƣợt từ phía n và tái hợp với các lỗ trống tại phía p), các phần tử mang điện sẽ phát ra năng lƣợng dƣới dạng nhiệt và ánh sáng. -Nếu vật liệu bán dẫn trong suốt thì ánh sáng đƣợc phát ra và lớp tiếp xúc p-n là nguồn sáng. Nó là nguồn điốt phát quang (LED). -Khi định thiên thuận, phần tử ở trạng thái đóng và phát sáng. -Khi định thiên ngƣợc, phần tử ở trạng thái ngắt. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 46
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo - Sự tái hợp của các phần tử mang điện xảy ra trong vật liệu loại p, nên miền p là bề mặt của phần tử điốt. Để có sự phát sáng tối đa, màng anốt kim loại đƣợc cho kết tủa quanh mép của vật liệu loại p. Đầu nối của catốt của phần tử loại này là màng kim loại ở đáy của miền loại n. * LED 7 đoạn: - Các dụng cụ đo hiển thị số thƣờng 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. - Có 2 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 đƣợc 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 điốt sáng. LED 7 đoạn sáng Anốt chung: các anốt đƣợc nối chung với cực dƣơng của nguồn (mức logic 1). Tác động vào đầu vào (Catốt) của điốt mức logic 0 điốt sáng. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 47
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Độ sụt áp khi phân cực thuận điốt là 1,2V và dòng thuận khi có độ chói hợp lí là 20mA. Nhƣợc điểm: cần dòng tƣơng đối lớn. Ưu điểm: nguồn điện áp một chiều thấp, khả năng chuyển mạch nhanh, bền, kích tấc bé. 3.3.2 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 hƣớng bình thƣờng. -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). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 48
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo -Bộ chỉ thị dùng tinh thể lỏng (LCD) thƣờng đƣợc bố trí cũng theo dạng số 7 đoạn nhƣ bộ chỉ thị LED. -Trên 2 tấm thuỷ tinh đƣợc phủ một lớp kim loại dẫn điện làm nên 2 điện cực trong suốt, giữa 2 lớp kim loại là lớp chất lỏng tinh thể. -Khi chỉ thị chữ số, ngoài điện áp đặt vào 2 điện cực của phần tử còn cần nguồn sáng đặt phía trƣớc hay phía sau của bộ chỉ thị và phông. Cấu tạo mỗi thanh (a) nguồn sáng đặt trước: khi có tín hiệu thì tinh thể lỏng có ánh sáng phản xạ từ gƣơng. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 49
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo -(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. VD: + 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 sáng đi qua. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 50
Chƣơng 3. Các bộ chỉ thị trong máy đo Ưu điểm của chỉ thị tinh thể lỏng:  Nguồn cung cấp đơn giản, tiêu thụ công suất nhỏ, cỡ mW  Kích tấc bé, phù hợp với các thiết bị đo dùng mạch tổ hợp, kĩ thuật vi điện tử.  Hình chữ số khá rõ ràng, chế tạo đơn giản. Nhược điểm:  dải nhiệt độ làm việc hẹp (100C-550C)  tuổi thọ chƣa thật cao Tuy vậy các ƣu điểm là cơ bản nên loại này ngày càng đƣợc dùng nhiều, đbiệt là trong thiết bị đo y tế vì màu sắc có thể thay đổi theo nhiệt độ bệnh nhân. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 51
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.1 Nguyên lý quan sát tín hiệu trên MHS: 1. Phương pháp vẽ dao động đồ của tín hiệu - Một tín hiệu thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới 2 dạng: + Hàm theo thời gian: u = f(t) + Hàm số theo tần số: u = (f) UAM F f 0 f-F f f+F f - Để quan sát dạng sóng, đo các đặc tính và các tham số của tín hiệu dùng một máy đo đa năng là MHS (Ôxilô). - MHS là một loại máy vẽ di động theo 2 chiều X và Y để hiển thị dạng tín hiệu đƣa vào cần quan sát theo tín hiệu khác hay theo thời gian. `Kim bút vẽ ` của máy là một chấm sáng, di chuyển trên màn hình của ống tia điện tử theo qui luật của điện áp đƣa vào cần quan sát. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 52
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Các loại ôxilô: -Ôxilô tần thấp, ôxilô tần cao, ôxilô siêu cao tần -Ôxilô xung (/T bé) -Ôxilô 2 tia; ôxilô nhiều kênh -Ôxilô có nhớ (loại tƣơng tự và loại số) -Ôxilô số; ôxilô có cài đặt VXL 2. Công dụng, tính năng của Ôxilô: Ôxilô là một máy đo vạn năng, nó có các tính năng: -Quan sát toàn cảnh tín hiệu -Đo các thông số cƣờng 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 đƣợc 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 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 53
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 3. Các chỉ tiêu kỹ thuật chủ yếu của Ôxilô: -Phạm vi tần số công tác: đƣợc xác định bằng phạm vi tần số quét. -Độ nhạy (hệ số lái tia theo chiều dọc): mV/cm Là mức điện áp cần thiết đƣa đến đầu vào kênh lệch dọc bằng bao nhiêu mV để tia điện tử dịch chuyển đƣợc độ dài 1 cm theo chiều dọc của màn sáng. Độ nhạy cũng có thể đƣợc tính bằng mm/V. -Đƣờng kính màn sáng: Ôxilô càng lớn, chất lƣợng càng cao thì đƣờng kính màn sáng càng lớn (thông thƣờng khoảng 70mm-150 mm). -Ngoài ra còn có hệ số lái tia theo chiều ngang, trở kháng vào, 4. Chế độ quét tuyến tính liên tục a) Nguyên lí quét đƣờng thẳng trong MHS -Đƣa điện áp của tín hiệu cần nghiên cứu lên cặp phiến lệch Y, và điện áp quét răng cƣa lên cặp phiến lệch X. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 54
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Do tác dụng đồng thời của cả hai điện trƣờng lên 2 cặp phiến mà tia điện tử dịch chuyển cả theo phƣơng trục X và Y. -Quỹ đạo của tia điện tử dịch chuyển trên màn sẽ vạch nên hình dáng của điện áp nghiên cứu biến thiên theo thời gian. 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 phƣơng 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 Quét t liên tục với Tq = Tth ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 55
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chu kỳ quét: Tq = tth + tng Uq t th tng t Thông thƣờng: tng 15% tth tức là tng rất nhỏ hơn tth nên có thể coi Tq tth, lí tƣởng: tng = 0 (Tq = tth) -Nếu tần số quét đủ cao, màn huỳnh quang có độ dƣ huy đủ mức cần thiết thì khi mới chỉ có Uq đặt vào cặp phiến X đã có một đƣờng sáng theo phƣơng ngang. Khi có cả Uth đặt vào cặp phiến Y và nếu Tq = nTth n N thì trên màn xuất hiện dao động đồ của một hay vài chu kì của điện áp nghiên cứu (Uth). -Nếu Tq nTth thì dao động đồ không đứng yên mà luôn di động rối loạn khó quan sát. Hiện tƣợng này gọi là không đồng bộ (không đồng pha giữa Uq và Uth). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 56
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Thực tế, tng 0. Vì tng << tth nên đƣờng sáng mà tia điện tử vạch lên trên màn trong khoảng tth sáng hơn so với đƣờng sáng trong khoảng tng. Trên dao động đồ của điện áp n/cứu cũng bị mất đi một phần chu kì (= tng) để tia điện tử quay trở về vị trí ban đầu. -Xoá đƣờng vạch sáng của tia điện tử trong khoảng tng: ứng với lúc có tng thì tạo nên một xung điện áp âm có độ rộng đúng bằng tng đƣa tới cực điều chế của ống tia điện tử. -Khi điện áp quét răng cƣa không thẳng méo dao động đồ do tốc độ quét không đều. Giải pháp: cải tiến mạch điện để điện áp quét răng cƣa có dạng gần nhƣ lí tƣởng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 57
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Hệ số không đƣờng thẳng (): dU dU dU dU dt dt dt dt  max min % 2 max min % dU dU dU dt tb dt max dt min Để có ảnh quan sát với chất lượng cao cần: - tng << tth hay Tq tth -Điều kiện đồng bộ phải thoả mãn: Tq = nTth -Phải có mạch tắt tia quét ngƣợc. 5. Nguyên lí quét đợi -Với xung có độ xốp lớn (/T bé), có chu kì hoặc không có chu kì quét đợi. -Quét đợi: điện áp quét chỉ xuất hiện khi có xung nghiên cứu đƣa đến kênh Y của MHS. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 58
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) (a) Tq = Tth ; tín hiệu chỉ xuất hiện trong một t/g rất bé (  một chút ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 59
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 6. Nguyên lý đồng bộ: -Khi quan sát dạng tín hiệu trên MHS, đôi khi ảnh bị trôi, nháy, là do mất đồng bộ. 1 * n Tth Tq1 nTth , n N 4 3 Minh họa T T T : 4 th q1 th ảnh I, II, III là các dao động đồ tƣơng ứng tại các chu kì quét tƣơng ứng. Nó phân bố lần lƣợt từ trái qua phải, do tính chất lƣu ảnh của màn hình các ảnh sẽ mờ dần theo thứ tự tƣơng ứng cảm giác dao động đồ chuyển động từ trái qua phải. 1 * nTth Tq2 n Tth 4 T a th tƣơng tự, dao động đồ có cảm giác chuyển động từ phải qua trái Tq2 b ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 60
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Tth a T 4 * (minh họa th ): T b q3 Tq3 3 Dao động đồ đứng yên nhƣng không phản ánh đúng dạng tín hiệu cần quan sát mà chỉ gồm những đoạn tín hiệu khác nhau cần quan sát mà thôi. * Tq = nTth (minh họa Tq = Tth ), n N Dao động đồ ổn định và phản ánh đúng dạng tín hiệu cần quan sát. Điều kiện đồng bộ: Tq = nTth Quá trình thiết lập và duy trì điều kiện này là quá trình đồng bộ của MHS -Các chế độ đồng bộ: + Đồng bộ trong: tín hiệu đồng bộ lấy từ kênh Y của MHS + Đồng bộ ngoài (EXT) + Đồng bộ lƣới (LINE) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 61
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Uth T th t 0 Tth 2Tth 3Tth Uq1 t 0 Tq1 Uq2 t 0 Tq2 Uq3 t 0 Tq3 Uq4 t 0 Tq4 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 62
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.2 Sơ đồ cấu tạo một MHS điển hình 1. Cấu tạo MHS: Kênh lệch đứng Y Mạch Khuếch AC S - Ống tia điện tử 1 vào và Tiền đại Y 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 của MHS, sử CH đồng bộ Tạo điện áp 1 S EXT U và tạo U xung liên 3 K/đại X dụng loại ống 1 tia khống chế bằng đb x đồng bộ quét AC LINE dạng tục 2 đối xứng 50Hz Uxđb điện trƣờng Mạch 3 U Uquét + Có nhiệm vụ hiển thị dạng sóng trên x vào và KĐ X màn hình và là đối tƣợng điều khiển Kênh lệch ngang X và đồng bộ U chính (U , U , U ). Z Chọn K/đại Tới G của CRT y x G cực tính Z Kênh Z Hình: Sơ đồ khối MHS 1 kênh dùng ống tia điện tử ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 63
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Kênh lệch đứng Y: có nhiệm vụ nhận tín hiệu vào cần quan sát, biến đổi và tạo ra điện áp phù hợp cung cấp cho cặp lái đứng Y1, Y2. Gồm các khối chức năng: + Chuyển mạch kết nối đầu vào S1: cho phép chọn chế độ hiển thị tín hiệu. S1 tại AC: chỉ hiển thị thành phần xoay chiều của Uth. S1 tại DC: hiển thị cả thành phần một chiều và xoay chiều của Uth. S1 tại GND: chỉ quan sát tín hiệu nối đất (0V). + Mạch vào phân áp Y: có nhiệm vụ phối hợp trở kháng và phân áp tín hiệu vào để tăng khả năng đo điện áp cao. Thƣờng dùng các khâu phân áp R-C mắc liên tiếp nhau, hệ số phân áp không phụ thuộc vào tần số. Chuyển mạch phân áp đƣợc đƣa ra ngoài mặt máy và kí hiệu là Volts/Div. + Tiền khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung của kênh Y. Thƣờng dùng các mạch KĐ có trở kháng vào lớn và có hệ số KĐ lớn. + Dây trễ: có nhiệm vụ giữ chậm tín hiệu trƣớc khi đƣa tới KĐ Y đối xứng, thƣờng dùng trong các chế độ quét đợi để tránh mất một phần sƣờn trƣớc của tín hiệu khi quan sát. Thƣờng dùng các khâu L-C mắc liên tiếp. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 64
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) + KĐ Y đối xứng: có nhiệm vụ KĐ tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung của kênh Y, đồng thời tạo ra điện áp đối xứng để cung cấp cho cặp lái đứng Y1Y2. + Tạo điện áp chuẩn: tạo ra điện áp chuẩn có dạng biên độ, tần số biết trƣớc, dùng để kiểm chuẩn lại các hệ số lệch tia của MHS * Kênh lệch ngang X và đồng bộ: có nhiệm vụ tạo ra điện áp quét phù hợp về dạng và đồng bộ về pha so với UY1, Y2 để cung cấp cho cặp lái ngang X1X2 + Chuyển mạch đồng bộ S2: cho phép chọn các tín hiệu đồng bộ khác nhau. S2 tại CH: tự đồng bộ (Uđb = Uth) S2 tại EXT: đồng bộ ngoài (Uđb=UEXT), tín hiệu đồng bộ đƣợc đƣa qua đầu vào EXT. S2 tại LINE: đồng bộ với lƣới điện AC 50Hz (Uđb=UAC50Hz) lấy từ nguồn nuôi. + KĐ đồng bộ và tạo dạng: k/đại tín hiệu Uđb phù hợp và tạo ra dạng xung nhọn đơn cực tính có chu kì: Tx=Tđb ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 65
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) + Tạo xung đồng bộ: chia tần Ux và tạo ra xung đồng bộ có chu kì: Txđb=nTx=nTđb. Xung này sẽ điều khiển bộ tạo điện áp quét để tạo ra Uq răng cƣa tuyến tính theo chế độ quét đợi hoặc quét liên tục và có chu kì Tq=Txđb. + KĐ X đối xứng: KĐ điện áp quét và tạo ra điện áp đối xứng để đƣa tới cặp lái ngang X1X2. + Mạch vào và KĐ X: nhận tín hiệu UX và k/đại, phân áp phù hợp. + Chuyển mạch S3: chuyển mạch lựa chọn chế độ quét (quét liên tục, quét đợi) + Bộ tạo điện áp quét: tạo điện áp quét liên tục (hoặc quét đợi) đƣa đến cặp phiến X * Kênh điều khiển chế độ sáng Z: có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chế độ sáng UZ vào, thực hiện chọn cực tính và k/đại phù hợp rồi đƣa tới lƣới điều chế G của CRT. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 66
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 2. Cấu tạo của ống tia điện tử: Ống tia điện tử CTR (Cathode Ray Tube) là 1 ống thuỷ tinh hình trụ có độ chân không cao, đầu ống có chứa các điện cực, phía cuối loe ra hình nón cụt, mặt đáy đƣợc phủ 1 lớp huỳnh quang tạo thành màn hình. Cấu tạo gồm 3 phần: Màn huỳnh quang Sợi đốt K X G A1 A2 1 F Lớp than chì Y1 Y2 A hậu -E R1 R2 X2 Rbright Rfocus Hệ thống Màn hình Súng điện tử lái tia Hình : Sơ đồ cấu tạo của ống tia điện tử ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 67
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) a) Màn hình: - Lớp huỳnh quang thƣờng là hợp chất của Phôtpho. Khi có điện tử bắn tới màn hình, tại vị trí va đập, điện tử sẽ truyền động năng cho các điện tử lớp ngoài cùng của nguyên tử Phôtpho, các điện tử này sẽ nhảy từ mức năng lƣợng thấp lên mức năng lƣợng cao và tồn tại trong 1 thời gian rất ngắn rồi tự nhảy về mức năng lƣợng thấp ban đầu và phát ra photon ánh sáng. - Màu sắc ánh sáng phát ra, thời gian tồn tại của điểm sáng (độ dƣ huy của màn hình) sẽ phụ thuộc vào hợp chất của Phôtpho (từ vài s đến vài s). b) Súng điện tử: gồm sợi đốt F, catốt K, lƣới điều chế G (M), các anốt A1,A2. Nhiệm vụ: tạo gia tốc và hội tụ chùm tia điện tử - Các điện cực có dạng hình trụ, làm bằng Niken, riêng Katốt có phủ một lớp Ôxit kim loại ở đáy để tăng khả năng bức xạ điện tử. - Các điện cực phía sau thƣờng có vành rộng hơn điện cực phía trƣớc và có nhiều vách ngăn các chùm điện tử không đi quá xa trục ống việc hội tụ sẽ dễ dàng hơn. Với cấu tạo đặc biệt của các điện cực nhƣ vậy sẽ tạo ra 1 từ trƣờng không đều đặc biệt có thể hội tụ và gia tốc chùm tia. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 68
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Nguồn cấp: UK = -2kV UKG = 0-50V UA2 = 0V UA1 = 300V + Lƣới điều chế G đƣợc cung cấp điện áp âm hơn so với K và đƣợc ghép sát K để dễ dàng cho việc điều chỉnh cƣờng độ của chùm điện tử bắn tới màn hình. + Chiết áp trên G (điều chỉnh điện áp) thƣờng đƣợc đƣa ra ngoài mặt máy và ký hiệu là Bright hoặc Intensity dùng để điều chỉnh độ sáng tối của dao động đồ trên màn hình. + Anốt A2 (Anốt gia tốc) thƣờng đƣợc nối đất để tránh méo dao động để khi điện áp cung cấp cho các điện cực không phải là điện áp đối xứng. + Anốt A1 (Anốt hội tụ) cũng có chiết áp điều chỉnh đƣa ra ngoài mặt máy, ký hiệu là Focus, dùng để điều chỉnh độ hội tụ của chùm tia điện tử trên màn hình. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 69
ya Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) c) Hệ thống lái tia: có nhiệm vụ làm lệch chùm tia điện tử bắn tới màn hình theo chiều đứng hoặc chiều ngang của màn hình. Cấu tạo gồm 2 cặp phiến làm lệch đƣợc đặt trƣớc, sau và bao quanh trục của ống. + Cặp lái đứng Y1Y2. + Cặp lái ngang X1X2 . ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 70
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Xét quĩ đạo của chùm tia điện tử khi đi qua điện trường của 2 anốt A1, A2: + UA2 > UA1 đƣờng sức điện trƣờng có chiều đi từ A2 đến A1 - + e chuyển động theo chiều từ A1 tới A2 nên nó đồng thời chịu tác động của 2 thành phần lực, 1 thành phần theo phƣơng vuông góc với chùm tia và 1 thành phần dọc theo chùm tia. + Tại điểm A: chùm e- có khuynh hƣớng chuyển động dọc theo phƣơng trục ống, đồng thời hội tụ với nhau theo phƣơng bán kính của chùm tia + Tại B: thành phần lực theo phƣơng bán kính đổi chiều ngƣợc lại chùm e- có khuynh hƣớng phân kì khỏi tâm theo phƣơng bán kính. Tuy nhiên do cấu tạo của các điện cực, sự phân bố của đƣờng sức ở B ít bị cong hơn ở phần vị trí điểm A phân lƣợng vận tốc theo phƣơng bán kính ở B khuynh hƣớng phân kì. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 71
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Xét độ lệch của tia điện tử theo chiều đứng: Khi Uy= 0, tia điện tử bắn tới chính giữa màn hình tại điểm O. Khi Uy 0, điện trƣờng giữa các phiến làm lệch sẽ làm lệch quỹ đạo của tia điện tử theo chiều đứng và bắn tới màn hình tại vị trí M, lệch 1 khoảng là y. Uy l y L y Uy Y1 y Soy U y M 2dU + chùm e- yA A2 y dy O - y lLyy S độ nhạy của ống Y2 oy U2 d U Ly y y A tia điện tử ly Màn hình Ly: khoảng cách từ cặp lái đứng đến màn hình. ly: chiều dài của các cặp phiến làm lệch. dy: khoảng cách giữa 2 phiến làm lệch. UA: điện áp gia tốc của ống tia (phụ thuộc vào UA2 và K). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 72
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Tƣơng tự, độ lệch của tia điện tử theo chiều ngang: Ux l x L x x Sox U x 2dUxA * Nguyên lý tạo ảnh trên màn máy hiện sóng: điều khiển đồng thời tia điện tử theo 2 trục: trục thẳng đứng và trục nằm ngang, nghĩa là đồng thời đƣa vào đèn ống tia điện tử 2 điện áp điều khiển UY và UX . Giả sử Uth U m sin . t đƣa vào kênh Y và đƣa tới cặp lái đứng Y1Y2; Uq a.t đƣa tới cặp lái ngang X1X2 điện áp trên các cặp lái tia nhƣ sau: U y U y1y2 Uth S y S y K ySoy ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 73
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) * Mạch tạo điện áp quét đợi (mạch Boostrap) Nhận xét sơ bộ: - D thông, tầng T1 hoạt động nhƣ 1 mạch TF đơn giản, T1- khoá điện tử. - Điện áp trên tụ C T2 C*. Điện áp bù đƣa về điểm X để bù méo do sự giảm dòng điện trên R gây ra. Hoạt động: 1. Trạng thái ban đầu (t1≥ t ≥ 0): - D thông: UX = EC – UD  EC - T1 thông bão hoà: UC = UCbh  0V - T2 k/đại C chung nên: URE = Uq  0V - UC* = UX - Uq  EC ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 74
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 2. Trạng thái tạo Uq (t3≥ t ≥ t1): t = t1: Uđk có độ rộng  = t3 - t2 T1 tắt tụ C nạp điện theo 2 giai đoạn: Giai đoạn 1: t1 ≤ t > C nên UX tăng tƣơng ứng. UR = UX – UC = const IR =const dòng nạp cho tụ C không đổi, với thời gian nạp tq = t3 – t2. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 75
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 3. Trạng thái hồi phục: t = t3: kết thúc xung đầu vào. T1 bão hoà, tụ C phóng điện qua T1 UC giảm nên Uq giảm UX giảm. t = t4: UX EC D thông trở lại. D thông, tụ C* đƣợc nạp bổ sung, khi C* đƣợc nạp đầy thì thời gian hồi phục kết thúc. Nhận xét: -Trong giai đoạn tạo quét tq, UC tăng tuyến tính nhờ nguồn nạp chính là C* có trị số cực lớn để tích điện (làm nhiệm vụ giống nhƣ nguồn 1 chiều nạp cho C). -Để giảm méo phi tuyến tầng KĐ T2 phải đƣợc điều chỉnh sao cho kU → 1 (R đủ lớn). -Tụ C* phải lớn nhƣng không quá lớn vì nếu quá lớn thì thời gian hồi phục của mạch tăng. -Tụ C phải nhỏ nhƣng không đƣợc chọn quá nhỏ vì nếu quá nhỏ thì nó có giá trị tƣơng đƣơng nhƣ tụ kí sinh mạch làm việc không ổn định. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 76
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 77
ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 78
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 3. Một số chế độ làm 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 đƣợc khuếch đại tới một mức nhất định, sau đó đƣợc giữ chậm lại rồi đƣa qua Bộ KĐ Y đối xứng để tạo 2 tín hiệu có biên độ đủ lớn, đảo pha nhau đƣa tới 2 phiến đứng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 79
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) b. Quét đợi đồng bộ trong -Dùng để quan sát và đo tham số của dãy xung không tuần hoàn hoặc dãy xung tuần hoàn có độ hổng lớn. -S2 ở vị trí CH, S3 ở vị trí 1 -Quá trình hoạt động: giống chế độ 1 c. Chế độ khuếch đại -Dùng để đo tần số, góc lệch pha, độ sâu điều chế, vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của điốt hoặc dùng làm thiết bị so sánh. Hình nhận đƣợc trên màn MHS gọi là hình Lixazu - S3 ở vị trí 3 -Bộ tạo quét trong đƣợc 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 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 80
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.3 MHS nhiều tia Dùng để quan sát đồng thời nhiều quá trình (tín hiệu) 1. MHS 2 tia có lối vào cặp phiến lệch đứng tách biệt (kênh A, kênh B): -Mỗi kênh có mạch KĐ làm lệch riêng -Một bộ tạo gốc thời gian chung cho cả 2 kênh 2. MHS 2 kênh dùng ống tia điện tử 1 tia và CM điện tử -Hai bộ KĐ tín hiệu vào riêng cho kênh A, kênh B -Một bộ KĐ lệch đứng cho cả 2 kênh. Tín hiệu vào bộ KĐ này đƣợc chuyển mạch luân phiên giữa 2 kênh. -Bộ tạo gốc thời gian (bộ tạo sóng quét ngang) điều khiển tần số chuyển mạch ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 81
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) a) Phương pháp dùng chuyển mạch điện tử kiểu luân phiên (ALT mode): + Tín hiệu vào bộ KĐ lệch đứng đƣợc chuyển mạch luân phiên giữa các kênh A và B. + Bộ tạo gốc thời gian điều khiển tần số chuyển mạch + 0t1: tín hiệu từ kênh A đƣợc nối tới bộ KĐ lệch đứng, tạo thành vết trên màn hiện sóng + t1t2: tín hiệu từ kênh B đƣợc 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 đƣợc đồng bộ với nhau. c) + Dịch chỉnh DC: dịch chuyển tín hiệu kênh A (kênh B) trên màn theo phƣơng thẳng đứng bằng Dạng điện áp một chiều sóng + Ở các chu kỳ tiếp theo: quá trình lặp lại nhƣ hiện trên. Tần số lặp cao đến mức mà các dạng sóng nhƣ đƣợc hiện đồng thời. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 82
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) b)Phương pháp dùng chuyển mạch điện tử kiểu ngắt quãng (Chop mode switching): Sử dụng tần số chuyển mạch cao hơn nhiều so với chế độ luân phiên. + T1, T3, T5, T7, tín hiệu vào kênh A đƣợc tạo ra trên màn + T2, T4, T6, tín hiệu vào kênh B đƣợc tạo ra trên màn + Các dạng sóng ở kênh A và B đƣợc hiện hình nhƣ những đƣờng đứt nét. Khi tần số chuyển mạch là cao tần không thể nhận ra những chỗ đứt nét + fth nhỏ: ảnh hiện trên màn MHS gần nhƣ liên tục + fth lớn; nfcm mfth : các đoạn ngắt bị lấp do độ dƣ huy của ống và độ lƣu ảnh của mắt. Chú ý: đối với tín hiệu cao tần thì kiểu luân phiên là tốt nhất, còn đối với tín hiệu tần số thấp thì nên dùng chuyển mạch ngắt quãng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 83
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo thời gian: (a) (b) (c) UZ∑ (d) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 84
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Mỗi kênh tín hiệu đƣợc cộng thêm một lƣợng điện áp 1 chiều E khác nhau các đƣờng biểu diễn trên màn hình MHS đƣợc tách riêng từng đƣờng, hình (a). -Sau đó tín hiệu đƣợc đƣa đến mạch cửa, và chỉ qua đƣợc 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 lƣợt cho từng cửa một, hình (b). -Tại mỗi thời điểm chỉ có duy nhất 1 cửa đƣợc mở và cho tín hiệu của một kênh đi qua. -Bộ tổng cộng các tín hiệu ở đầu ra các cửa, UY 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 tƣơng ứng với các kênh, hình (c). -Sau khi khuếch đại Y, MHS có đƣợc hình biểu diễn tín hiệu của các kênh dƣới dạng đƣờng 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∑) đƣợc tạo ra từ mạch vi phân từ các xung mở cửa đƣa vào kênh Z để điều chế độ sáng của ảnh, hình (d). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 85
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) Chuyển mạch điện tử phân đường theo mức: En ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 86
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Phần hiển thị là Ống truyền hình làm lệch bằng từ trường -Nguyên lí hoạt động: chuyển các giá trị tức thời của tín hiệu các kênh thành các chuỗi xung rất hẹp xuất hiện tại các thời điểm mà tuỳ thuộc vào điện áp tín hiệu nghiên cứu. Các xung này đƣợc đƣa vào để khống chế độ sáng của ống hiện hình. + Mỗi kênh tín hiệu đƣợc cộng thêm một lƣợng điện áp 1 chiều E khác nhau, rồi đƣa đến so sánh với tín hiệu là xung răng cƣa đƣa 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 đƣợc cộng với nhau rồi đƣa 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 thƣờng thì tối. Vết của chấm sáng trên màn hình biểu diễn hình điện áp của các tín hiệu cần quan sát. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 87
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 4.4 Ôxilô điện tử số: 1.Ƣu 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 - Có thể xem lại các đoạn hình ảnh lƣu giữ với tốc độ thấp hơn nhiều - Hình ảnh tốt hơn, tƣơng phản hơn so với loại ôxilô tƣơng tự - Vận hành đơn giản - Số liệu cần quan sát dƣới dạng số có thể đƣợc xử lí trong ôxilô hoặc truyền trực tiếp vào máy tính khi ghép ôxilô với máy tính. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 88
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) 2. Cấu tạo và hoạt động: Chuyển mạch S ở vị trí 1: Ôxilô đa năng thông thƣờng Chuyển mạch S ở vị trí 2: Ôxilô có nhớ số. -Điện áp cần quan sát đƣợc đƣa 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 đƣợc số hoá. Khi kết thúc quá trình biến đổi, bộ ADC gửi tín hiệu kết thúc tới bộ điều khiển. -Mỗi số nhị phân đƣợc chuyển tới bộ nhớ và đƣợc nhớ ở vị trí ô nhớ riêng biệt. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 89
Chƣơng 4. Máy hiện sóng (Ôxilô) -Khi cần thiết, một lệnh từ bộ điều khiển làm cho các số nhị phân này sắp xếp theo chuỗi lại theo thứ tự đã xác định và đƣợc đƣa đến bộ DAC -DAC biến đổi các giá trị nhị phân thành điện áp tƣơng tự để đƣa qua bộ khuếch đại Y tới cặp phiến làm lệch Y của ống tia điện tử. -Do bộ nhớ đƣợc liên tiếp quét nhiều lần trong 1 giây nên màn hình đƣợc sáng liên tục và hiện dạng sóng là hình vẽ các điểm sáng. Nhược điểm: dải tần bị hạn chế (khoảng 1-10MHz) do tốc độ biến đổi của bộ ADC thấp. Hiện nay, các ôxilô có nhớ số có dải tần rộng đƣợc phát triển nhờ cài đặt VXL, các bộ biến đổi ADC có tốc độ biến đổi nhanh hơn. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 90
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.1 Khái niệm chung -Tần số là số chu kì của 1 dao động trong một đơn vị thời gian. -Tần số góc:  t biểu thị tốc độ biến đổi pha của dao động d  t dt  t 2 f t  t , f t là tần số góc tức thời và tần số tức thời -Quan hệ giữa tần số và bƣớc sóng: c c f hay   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 lƣờng nhờ sự phát triển vƣợt bậc của việc chế tạo các mẫu tần số có độ chính xác và ổn định cao. +Lƣợng trình đo rộng (đến 3.1011 Hz). Lƣợng trình đo đƣợc phân thành các dải tần số khác nhau. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 91
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha - Dải tần thấp: 3GHz Các dải tần số khác nhau có các phƣơng pháp đo tần số khác nhau. Bao gồm: + Nhóm phƣơng pháp đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số + Nhóm phƣơng pháp so sánh + Nhóm phƣơng 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 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 92
Chƣơng 5. Đo tần số, 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 Phƣơng 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 Z2 *Mạch cầu tổng quát: 1 Điều kiện cân bằng cầu: A B Z1.Z3 Z2.Z4 U AB 0 Z4 Z VD1: 3 Hình 5-1 Điều kiện cân bằng cầu: RZRR1 3 2 4 1 L3 Z3 R 3 j  L 3 3 C3 Hình 5-2 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 93
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha Điều chuẩn nhánh cộng hƣởng nối tiếp cho cộng hƣởng tại tần số cần đo fx (điều chỉnh C3). 11 Khi đó xxLf3 xC3 2 LC33 Z3 R3 R1.R3 R2.R4 Bộ chỉ thị cân bằng là vôn mét chỉnh lƣu, vôn mét điện tử. Nhược điểm: -Khó đo đƣợc tần số thấp do khó chế tạo cuộn cảm có L lớn ở tần số thấp. -Khó thực hiện chỉ thị 0 do có tác động của điện từ trƣờng lên cuộn cảm ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 94
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha VD2: Điều kiện cân bằng cầu: ' RR13. ' 1 RR24 1 jxx R3 C 3 j C 4 R' R C 1 V 1 4 3  C R R ' và x 3 3 4 R2 R3 C4 xC4 1 x 2 f x R3R4C3C4 Chọn R3 R4 R và C3 C4 C ta có: 1 R' f 1 2 x ; ' Hình 5-3 2 RC R2 ' ' R1 R1 VR1 R2 R2 VR2 VR1,VR2 là phần điện trở của biến trở VR trên nhánh 1,2 tƣơng ứng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 95
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha VD3: Cầu T kép Điều kiện cân bằng cầu: 2 2 x R2 C1C2 2 2 2 2xC1 R1R2 1 Khi : C2 2C1 và R2 2R1 1 1 Hình 5-4 x f x 2R1C1 4 R1C1 Thang độ của biến trở R1 đƣợc khắc độ trực tiếp theo đơn vị tần số. Phƣơng pháp cầu dùng để đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm Khz. Sai số: (0,5-1)% ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 96
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.2.2 Phƣơng pháp cộng hƣởng - Dùng để đo tần số cao và siêu cao - Nguyên tắc chung: dựa vào nguyên lý chọn lọc tần số của mạch cộng hƣởng. - Khối cơ bản của sơ đồ này là mạch cộng hƣởng. Mạch này đƣợc kích thích bằng dao động lấy từ nguồn có tần số cần đo thông qua Khối ghép tín hiệu. - Việc điều chỉnh để thiết lập trạng thái cộng hƣởng nhờ dùng Khối điều chuẩn. - Hiện tƣợng cộng hƣởng đƣợc phát hiện bằng Khối chỉ thị cộng hưởng. Khối này thƣờng là Vônmét tách sóng. -Tuỳ theo dải tần số mà cấu tạo của mạch cộng hƣởng khác nhau. Có 3 loại mạch cộng hƣởng: Khối Mạch Chỉ thị U(fx) ghép tín CH CH + Mạch cộng hƣởng có L, C tập trung hiệu + Mạch cộng hƣởng có L, C phân bố + Mạch cộng hƣởng có L phân bố, C tập trung. Điều chuẩn Hình 5-5 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 97
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 1. Tần số mét cộng hưởng có tham số tập trung. + Ở đây C và L đều là các linh kiện có thông số tập trung. Bộ phận điều chỉnh cộng hƣởng chính U Lg L fx C Tụ điều là tụ biến đổi C có thang khắc độ theo đơn vị tần số. chỉnh + Ufx đƣợc ghép vào mạch cộng hƣởng thông qua D cuộn ghép Lg. L Chỉ thị cộng + Mạch chỉ thị cộng hƣởng là mạch ghép hỗ cảm 2 hƣởng giữa cuộn dây L2 và L và đƣợc tách sóng bằng điốt và chỉ thị bằng cơ cấu đo từ điện. Hình 5-6 + Khi đo ta đƣa Ufx vào và điều chỉnh tụ C để mạch cộng hƣởng. Khi đó cơ cấu đo sẽ chỉ thị cực đại. 1 f x 2 LC + Tần số mét loại này thƣờng dùng trong dải sóng: 10 kHz 500 MHz. + Sai số: (0,25-3)% ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 98
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 2. Tần số mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng cáp đồng trục. +mạch cộng hƣởng là 1 đoạn cáp đồng trục V P có nối tắt 1 đầu, đầu kia đƣợc nối bằng 1 pít tông P đ ltđ có thể dịch chuyển dọc trục bởi hệ thống răng cƣa Vg xoắn ốc có khắc độ. + vòng ghép Vg đƣa t/h vào, còn vòng ghép Vđ ghép t/h ra mạch chỉ thị cộng hƣởng. Hình 5-7 + Các chỗ ghép đều ở gần vị trí nối tắt cố định sao cho các vị trí này gần với vị trí bụng sóng để khi có chiều dài tƣơng đƣơng ltd=/2 thì thiết bị chỉ thị sẽ chỉ cực đại. + Khi dịch chuyển pít tông với độ dài bằng bội số nguyên lần /2 sẽ đạt cộng hƣởng có thể xác định bƣớc sóng bằng cách lấy 2 điểm cộng hƣởng lân cận l1=n/2; l2=(n-1) /2 l1-l2=/2 + Kết quả bƣớc sóng đo đƣợc của tín hiệu siêu cao tần xđ bởi công thức: =2(l1-l2) ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 99
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha +Bƣớc sóng (hoặc tần số) đƣợc khắc độ trực tiếp trên hệ thống điều chỉnh pít tông. +Tần số mét loại này thƣờng dùng trong dải sóng từ 3cm - 20cm + Do có hệ số phẩm chất cao (khoảng 5000) nên sai số của nó khoảng 0,5%. 3. Tần số mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng ống dẫn sóng + ống dẫn sóng có thể là loại ống dẫn sóng chữ nhật hay ống dẫn sóng tròn. + Piston P có thể điều chỉnh dọc theo ống bởi hệ thống răng cƣa xoắn ốc đƣợc khắc độ tần số. Năng D lƣợng kích thích hốc cộng hƣởng đƣợc ghép qua lỗ hổng G trên thành đƣợc nối tắt của ống. Vđ P ltđ + Khi điều chỉnh piston P để có ltd=n/2 thì thiết bị chỉ thị sẽ chỉ cực đại. G + Tần số mét với hốc cộng hƣởng thích hợp với dải sóng nhỏ hơn 3cm. + Do có hệ số phẩm chất cao (khoảng 30000) nên Hình 5-8 sai số của nó nhỏ khoảng (0,010,05)%. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 100
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.3 Phƣơng pháp so sánh Phương pháp quét sin: - MHS đặt ở chế độ khuếch đại. - Điện áp có tần số cần đo Ufx đƣợc đƣa vào kênh Y, điện áp có tần số mẫu Ufm đƣa vào kênh X. - Hình ảnh nhận đƣợc trên màn là hình Lixazu. Thay đổi fm sao cho trên màn nhận đƣợc hình Lixazu ổn định nhất. nY=4, - Khi đó: Hìnhn5X-9=2 với nY, nX nguyên dƣơng f m nY nY : số giao điểm của đƣờng cắt dọc với ảnh f x n X nX : số giao điểm của đƣờng cắt ngang với ảnh - Tổng quát: f X nY fX : tần số đƣa vào kênh lệch ngang X f Y n X fY : tần số đƣa vào kênh lệch đứng Y ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 101
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.4 Đo tần số bằng phƣơng pháp số -Là p2 hiện đại và thông dụng nhất để đo tần số Ưu điểm: + Độ chính xác cao + Độ nhạy lớn + Tốc độ đo lớn, tự động hoá hoàn toàn trong quá trình đo + Kết quả đo hiển thị dƣới dạng số 1. Phương pháp xác định nhiều chu kỳ a. Sơ đồ khối b. Chức năng các khối: U Tạo - Mạch vào: thực hiện tiền xử lý nhƣ fx Mạch Ux Uđ Bộ đếm dạng Khoá phân áp, lọc nhiễu hoặc biến đổi t/h vào xung xung U tuần hoàn dạng bất kỳ ở đầu vào đk xung xoá fch Uct Tạo Giải mã thành hình sin cùng chu kỳ với t/h vào Tạo Chia Nx xung đó. xung tần và chỉ chuẩn điều thị - Mạch tạo dạng xung: biến đổi t/h khiển xung hình sin có chu kỳ Tx thành t/h xung chốt nhọn đơn cực tính có chu kỳ Tx. Hình 5-10 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 102
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha - Tạo xung chuẩn: tạo ra các xung chuẩn có độ chính xác cao với tần số f0, xung chuẩn này đƣợc đƣa qua bộ chia tần để tạo ra xung có tần số là k fCT=f0/n=10 (Hz) - Tạo xung điều khiển: nhận t/h fCT và tạo ra xung đ/k đóng mở khoá có độ -k rộng t=TCT=10 (s) - Mạch giải mã và chỉ thị: Giải mã xung đếm đƣợc và đƣa vào các cơ cấu chỉ thị số, có thể là dùng Led 7 đoạn hoặc LCD để chỉ thị kết quả cần đo. - Bộ đếm: đếm các xung ở đầu ra. Hình 5-11 c. Nguyên lý làm việc: -Trong t/g có xung điều khiển khoá sẽ đƣợc mở, xung đếm qua khoá kích thích cho bộ đếm xung. -Giả sử trong 1 chu kỳ đếm t, đếm đƣợc Nx xung. Số xung Nx này sẽ đƣợc đƣa qua mạch giải mã và chỉ thị để hiển thị kết quả là tần số cần đo t=NxTx=Nx/fx k fx=Nx/ t=10 .Nx với k=0, 1, 2, Giản đồ thời gian ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 103
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha d. Đánh giá sai số: - Sai số của xung đ/k ( t) do sai số của bộ tạo xung chuẩn và bộ tạo xung đ/k gây ra. - Sai số lƣợng tử: 1/Nx fx tăng Nx tăng 1/Nx giảm. fx giảm Nx giảm 1/Nx tăng. - Khi fx nhỏ ảnh hƣởng của sai số lƣợng tử sẽ lớn trong TH này ta sẽ chuyển sang p2 đo xđ 1 chu kỳ. Tạo Giải mã Uch U N xung đ Bộ đếm x và chỉ 2. Phương pháp xác định một chu kỳ Khoá đếm xung thị số a. Sơ đồ khối chuẩn b. Chức năng các khối: xung Uđk xoá Nguyên lý tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp nhiều U Tạo Tạo fx Mạch Ux chu kỳ nhƣng khác ở chỗ điện áp có tần số vào dạng xung xung đk xung cần đo sẽ đƣợc biến đổi thành xung đ/k chốt đóng mở khoá, còn xung đếm lấy từ bộ tạo xung đếm chuẩn. Hình 5-12 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 104
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha c. Nguyên lý làm việc: - T/h Ufx đƣa qua Mạch vào tới Bộ tạo dạng xung để tạo ra xung nhọn có chu kỳ Tx. Xung này sẽ đ/k Bộ tạo dạng xung đ/k để tạo ra xung đ/k có độ rộng t=nTx (VD: n=1) - Trong t/gian có xung t, xung đếm chuẩn Uch qua khoá kích thích cho bộ đếm xung. - Giả sử đếm đƣợc Nx xung thì số xung Nx này sẽ đƣợc đƣa qua mạch giải mã và chỉ thị để đạt đƣợc kết quả là tần số hoặc chu kỳ cần đo t=Tx=Nx.T0, với T0 là chu kỳ của xung đếm chuẩn fx=1/Tx = 1/NxT0 = f0/Nx d. Đánh giá sai số: - Do sai số của xung đếm - Do sai số lƣợng tử ( 1/Nx) Kết hợp 2 p2 đo trên để tạo ra 1 máy đếm tần có dải tần đo rộng và độ chính xác cao. Hình 5-13 Giản đồ thời gian ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 105
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.5 Đo độ di pha u1 Um1 sin t 1 u2 Um2 sin t 2 1 2 Các p2: phƣơng pháp vẽ dao động đồ; pp biến đổi độ di pha thành khoảng thời gian; pp biến đổi độ di pha thành điện áp; ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 106
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha 5.5.1. Đo di pha bằng pp đo khoảng thời gian: Là phƣơng pháp phổ biến để đo pha Nguyên lí: + Biến đổi các điện áp có dạng hình sin thành các xung nhọn tƣơng ứng với các thời điểm mà điện áp biến đổi qua giá trị 0 với giá trị đạo hàm cùng dấu. + Khoảng thời gian giữa 2 xung gần nhau của 2 điện áp đo tỉ lệ với góc di pha của chúng.  2/T và  T T T 2 (rad) hay 00360 T T Hình 5-14 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 107
Chƣơng 5. Đo tần số, 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 đƣợc đƣa vào 2 đầu vào I và II -Điện áp hình sin đƣợc biến đổi thành các xung vuông nhờ Mạch KĐ hạn chế và Đa hài đồng bộ, rồi đƣợc đƣa đến Mạch vi phân phân bố. (Các chu kì dao động bản thân của bộ đa hài đƣợc 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, đƣợc đƣa tới khống chế hai bộ Đa hài đồng bộ I và II. - Đầu ra của 2 bộ đa hài này đƣợc đƣa tới một mạch tổng hợp, mạch này có đồng hồ để đo thời gian lệch giữa các xung, cũng là góc di pha của 2 điện áp. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 108
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha - Mạch vi phân phân bố: + đầu ra của nó đƣa tới đầu vào Bộ đa hài đồng bộ I chỉ các xung nhọn dƣơng (hình c) tƣơng ứng với sƣờn trƣớc của xung vuông đƣờng thứ nhất và các xung nhọn âm (hình d) tƣơng ứng với sƣờn sau của xung vuông đƣờng thứ 2 + Đƣa tới Bộ đa hài đồng bộ II chỉ các xung nhọn dƣơng (hình d) của đƣờng thứ 2 và các xung nhọn âm (hình c) đƣờng thứ nhất + xác định độ rộng của các xung đƣa ra (hình đ, e) 2 T I I I 0 1800 0 0 m T I m Hình 5-16 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 109
Chƣơng 5. Đo tần số, 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 hiệu vào, lọc nhiễu. - Tạo dạng xung: biến đổi tín hiệu vào, tạo ra các xung đo đơn cực tính có chu kỳ T=chu kỳ tín hiệu vào (Ux1, Ux2). - Trigger: tạo ra xung vuông có độ rộng T và chu kỳ T chính là nhờ Ux1, Ux2(Ux1 đƣợc đƣa vào đầu thiết lập S của Trigger, Ux2 đƣợc đƣa 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 Tạo dạng 1 U vào 1 xung x1 Unx UT Uđ Bộ đếm Trigger Khoá Khoá xung U2(t) Mạch Tạo dạng 1 2 U vào 2 xung x2 Uch xung Nx xoá U o đ Giải mã Tạo xung Tạo xung và chuẩn đo xung chốt chỉ thị Hình 5-17: Sơ đồ khối của Phamét số ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 110
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha U Uth 1 b/ Nguyên lý làm việc: U2 t - Xung UT từ Trigger sẽ điều khiển đóng Ux1 t mở khoá 1. Mỗi khi có xung, xung đếm Uch từ bộ tạo xung đếm chuẩn sẽ đƣợc đƣa qua Ux2 t khoá 1 và đầu ra của khoá 1 là xung Unx là 1 chuỗi gồm nhiều nhóm xung đếm và UT T T đƣợc đƣa vào khoá 2. t U - Xung đo Uđo điều khiển đóng mở khoá 2 ch t trong thời gian có xung đo Tđo . U - Giả sử có h nhóm xung đƣợc đƣa qua nx n xung khoá 2 vào kích thích cho bộ đếm xung, t U Tđo tổng số xung đếm đƣợc là N , số xung N đo x x t này đƣợc đƣa qua mạch giải mã và chỉ thị để hiển thị kết quả là góc lệch pha cần đo. Uđ 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 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 111
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha T 3600 . , T 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 360 .N x Tdo c. Đánh giá sai số: - Do sai số của Tch. 1 1 -Do sai số lƣợng tử : , n h ' ' -Sai số do độ không đồng nhất của kênh 1, kênh 2 là do -Khắc phục: + Đƣa tín hiệu U1(t) hoặc U2(t) vào cả 2 kênh, giả sử Phamét chỉ thị giá trị là ' ' ' do , ta có: do do + Quá trình hiệu chỉnh này có thể đƣợc thực hiện nhờ bộ đếm xung thuận nghịch. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 112
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha U 5.5.3 Đo độ di pha bằng phƣơng pháp vẽ dao động đồ 1 U 1. Phương pháp dùng quét tuyến tính: 2 u1 Um1 sin t 1 T u2 Um2 sin t 2 T 3600 . T 12 T Hình 5-19 2. Phương pháp Lixazu: Giả thiết đo độ di pha của t/hiệu qua 1 M4C. Phƣơng pháp này có thể sử dụng Oxilo 1 kênh hoặc 2 kênh. Giả sử ta sử dụng ôxilô 2 kênh, sơ đồ nhƣ hình 5-20. CH U (t) +Điều chỉnh ôxilô làm việc ở chế độ quét Lixazu: U1(t) CH1 2 2 Chọn chuyển mạch X-Y U U Vert.Mode CH2 = U Kênh Y V r CH2 M4C Source CH1 = UCH1 Kênh X Hình 5-20 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 113
Chƣơng 5. Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha +Điều chỉnh hệ số lệch pha để nhận đƣợc dao động đồ Lixazu nằm chính giữa và trong giới hạn màn hình. Volts/div (CH1 và CH2) y POS-Y (CH1) x A POS-X YMAX Dao động đồ sẽ có dạng đƣờng thẳng hoặc đƣờng Elip. B X +Xác định gốc trung tâm của dao động đồ: đƣa các MAX chuyển mạch kết nối đầu vào của cả 2 kênh về vị trí Hình 5-21 GND, trên màn hình sẽ là 1 điểm sáng, dịch chuyển điểm sáng đó về chính giữa màn hình. +Đƣa các chuyển mạch kết nối đầu vào về vị trí AC, khi đó sẽ nhận đƣợc dao động đồ có dạng đƣờng thẳng hoặc Elip. +Xác định góc lệch pha: A B A B sin arcsin arcsin Ymax X max Ymax X max ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 114
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 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, đƣợc mắc nối tiếp với mạch có dòng điện cần đo sao cho tại cực dƣơng 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 hƣởng 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 mắc điện trở sơn vào mạch đo: R I do IA A Iđo max = IA max + IS max A + - Ta có: IS max.RS = IA max.RA I S R I R I I R R S S max A S max Amax A S Hình 6-1 I Amax RS I Amax RS I R I domax 1 A ; n do max :hệ số mở rộng thang đo I Amax RS I Amax ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 115
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp R R A S n 1 Thay đổi RS bằng các giá trị khác nhau các thang đo khác nhau Ví dụ •Ampe mét nhiều thang đo -Thay đổi vị trí CM ( B, C, D) đo đƣợc các dòng có trị số khác nhau Chú ý: sử dụng công tắc đóng rồi cắt để dụng cụ không bị mất sơn tránh để dòng qua A quá lớn gây hỏng RA A RS1 R S2 B Hình 6-2 Ido RS3 C + D A - ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 116
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp -Sơn Ayrton: bảo vệ cuộn dây của A 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 R A I A A R R 1 R 2 3 B I d o I S C A D Hình 6-3 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 117
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Sai số do nhiệt độ: -Cuộn dây trong dụng cụ đo TĐNCVC đƣợc quấn bằng dây đồng mảnh, và điện trở của nó có thể thay đổi đáng kể theo nhiệt độ - I chạy qua cuộn dây nung nóng nó Rcuộn dây thay đổi 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) RA Rbu Rcuon day A Hình 6-4 IA RS Ido IS nếu Rbù = 9 Rcuộn dây RA = Rbù + Rcuộn dây = 10Rcuộn dây thì khi Rcuộn dây thay đổi 1% sẽ khiến cho RA thay đổi 0,1% RS cũng đƣợc làm bằng Mangan hoặc Constantan để tránh sự thay đổi điện trở theo t0 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 118
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 6.1.2 Đo dòng điện xoay chiều hình sin Cơ cấu đo điện từ đƣợc dùng phổ biến Để mở rộng giới hạn đo 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 đƣợc. Cuộn dây W mắc nt với mạch có dòng 1 I điện cần đo do IA Cuộn dây W2 mắc với ampe mét điện từ Số vòng W2 > số vòng W1 W1 I W A domax 2 n W2 I Amax W1 W với n 2 là hệ số biến dòng W1 Hình 6-5 Iđo = n.IA ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 119
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Chú ý: dòng qua cơ cấu đo không được vượt quá IA max -Để có các thang đo khác nhau cấu tạo bộ biến dòng với cuộn thứ cấp có nhiều đầu ra. Ido IA W 1 A W2 Hình 6-6 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 120
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 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 V-vài trăm KV), trong dải tần số rộng (vài % Hz – hàng nghìn MHz), và dƣới 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 U u2 t dt T 0 Điện áp có chu kì dạng không sin: n 2 2 2 2 2 UUUUU 0 1 2  k k 0 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 121
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 1 T U0 u t dt T 0 Quan hệ giữa Um, U, U0 : Um U kb kd U U0 kb : hệ số biên độ của tín hiệu điện áp; kd : hệ số dạng của tín hiệu điện áp VD: h(6-7a) là điện áp hình sin: U UU 2. ; UU0 0,9 m U0 kb 1,41; kd 1,11 t T Hình 6-7a ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 122
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp h(6-7b) là điện áp xung răng cƣa: T UUU1 2 u t m t U m t2 dt m TT T 2 3 0 U U m 0 2 kb 1,73; kd 1,15 U U m U 0 t T Hình 6-7b ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 123
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp h(6-7c) là điện áp xung vuông góc: T Ut:0 m 2 ut T U: t T m 2 U = Um và U0 = Um kb = kd = 1 U Um t T/2 Hình 6-7c ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 124
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 6.2.2 Đo điện áp 1 chiều (a) Dùng vôn mét từ điện: - Dụng cụ đo: Vôn mét từ điện, đƣợc mắc // với mạch có điện áp cần đo sao cho cực dƣơng 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 lớn để đảm bảo vôn mét ảnh hƣởng rất ít đến đến trị số điện áp cần đo - Để đo điện áp lớn mắc điện trở phụ vào mạch đo: IV RV RP Uđo max = IV(Rp + RV) V + - U R R domax P V U U R do V max V Hình 6-8 U R domax 1 P n ; n : hệ số mở rộng thang đo UV max RV ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 125
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp RP n 1 RV VD * Vôn mét nhiều thang đo - Đƣợc 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 thƣờng dùng: (H6-9a) ở 1 thời điểm chỉ có 1 trong 3 điện trở phụ đƣợc mắc nối tiếp với máy đo. Khoảng đo của vôn kế: Uđo = IV (RV + RP) RP có thể là RP1, RP2, RP3 Rp1 R RV p2 V Rp3 Hình 6-9a Udo ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 126
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp R R R V p 1 p 2 R p 3 V C D Hình 6-9b B A U d o (H6-9b) các điện trở phụ đƣợc mắc nối tiếp và mỗi chỗ nối đƣợc 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 đơn vị: /V, độ nhạy càng lớn thì vôn mét càng chính xác VD: một vôn mét có: Rtp = RV + RP= 1M, dụng cụ đo 100V trên toàn thang độ nhạy của vôn mét: ?1M/100V = 10k/V ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 127
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp (b) Dùng vôn mét số - Sơ đồ khối đơn giản: B i e n d o i d i e n T B V a p - k h o a n g C o n g B o T X D U d o t h o i g i a n T h i e t b i B D X H T Hình 6-10 + 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 t để điều khiển cổng đóng mở + Cổng: biến đổi khoảng thời gian t thành cổng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 128
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp + Bộ tạo xung đếm: tạo ra các xung đếm có tần số nhất định đƣa tới Cổng. Chỉ các xung đếm xuất hiện trong khoảng thời gian t ứng với cổng mở mới thông qua đƣợc cổng tới bộ đếm xung + Bộ đếm xung: đếm các xung trong khoảng thời gian t + Thiết bị hiển thị số: chuyển đổi từ số xung đếm đƣợc thành chữ số hiển thị - Sơ đồ khối chi tiết: CM C Tạo xung điện tử + - đếm chuẩn U Ux Mạch n s R Uss UT ch vào + So Trigger Khoá - Bộ đếm p sánh R xung S U0 Nx E0 xung Nguồn ĐK2 ĐK1 xoá điện áp Giải mã và chỉ thị mẫu Bộ điều khiển xung chốt ĐK2 Hình 6-11 Sơ đồ khối Vônmét số thời gian xung ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 129
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp b/ Nguyên lý làm việc: - Khi chƣa đo, khoá S hở (không ở vị trí nạp hoặc phóng). - Quá trình biến đổi đƣợc thực hiện theo 2 bƣớc tích phân sau: + Bƣớc 1: Tại t1, bộ điều khiển đƣa ra xung điều khiển ĐK1 đƣa khoá S về vị trí n, điện áp Ux qua mạch vào qua R nạp cho C UC tăng. + Bƣớc 2: đến thời điểm t2, bộ điều khiển đƣa ra xung điều khiển ĐK2 đƣa S về vị trí p và kết thúc quá trình nạp, C sẽ phóng điện qua nguồn điện áp mẫu (nguồn điện áp không đổi, 1 chiều E0), UC giảm đến thời điểm t3 UC= 0, bộ so sánh đƣa ra xung so sánh USS. Xung ĐK2 và xung USS sẽ đƣợc đƣa vào đầu vào thiết lập (S) và xoá (R) của Trigger đầu ra của Trigger là xung vuông có độ rông Tx, xung này sẽ điều khiển đóng mở khoá để cho phép xung đếm chuẩn qua khoá kích thích cho bộ đếm xung. Giả sử trong thời gian Tx có Nx xung qua khoá, số xung Nx đƣợc đƣa qua mạch giải mã và chỉ thị để biểu thị kết quả UDC cần đo. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 130
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp * 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 đạt của mạch vào. Giả sử trong thời gian biến đổi, Ux=const: 1 K .U .T U 0 .K .U (t t ) v x 1 n RC v x 2 1 RC với T1 = 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 với Tx=t3-t2 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 131
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Kv .U x .T1 U c (t3 ) 0 Tx N x .Tch E0 Uđk Tch : chu kỳ của xung đếm chuẩn. ĐK1 ĐK2 t Tch .E0 t1 t2 U x .N x S0 .N x Uc K .T C nạp C phóng v 1 Un T1 t t t t Tch .E0 Uss 1 2 3 S0 const K v .T1 t k UT Tx (thƣờng chọn S0=10 với k=0, ±1, ) t k U x 10 .N x Uch c/ Giản đồ thời gian: hình 6-12 t Uđ t Nx xung Hình 6-12 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 132
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp d/ Đánh giá sai số: - Sai số Tch, Kv, E0, T1. - Sai số lƣợng tử (do xấp xỉ Tx với Nx). - Sai số do độ trễ của các Trigger. - Sai số do nhiễu tác động từ đầu vào. Tuy nhiên, với phƣơng pháp tích phân 2 bƣớc, có thể loại trừ hoàn toàn nhiễu chu kỳ nếu chọn T1= n.Tnh với Tnh là chu kỳ độ nhiễu. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 133
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 6.2.3 Đo điện áp xoay chiều Sơ đồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số lớn Thiết bị Tách KĐ dòng Thiết bị chỉ vào sóng 1 chiều thị kim Sơ đồ khối của vôn mét đo điện áp xoay chiều có trị số nhỏ Thiết bị KĐ điện áp Tách Thiết bị chỉ vào xoay chiều sóng thị kim Thiết bị vào: gồm các phần tử để biến đổi điện áp đo ở đầu vào nhƣ 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. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 134
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Các loại mạch tách sóng: a) Tách sóng đỉnh (biên độ) - Là tách sóng mà Ura trực tiếp tƣơng 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 đƣợc nạp tới giá trị đỉnh của Uđo thông qua phần tử tách sóng. - Mạch có thể dùng diode hoặc Transistor. Ở đây ta dùng mạch tách sóng đỉnh dùng diode. +mạch tách sóng đỉnh có đầu vào mở: Uxm t Usin t D UX(t) Cnạp C C Um phóng UX Rt In UC=Um Ip t -Um Hình 6-13 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 135
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Nguyên lý làm việc: - Trong nửa chu kỳ (+) đầu tiên, D thông, C đƣợc nạp điện nhanh qua trở RĐ thông với hằng số nạp n=RĐ thông.C và UC tăng đến khi UC ≥ Ux(t). Lúc này D tắt và tụ C sẽ phóng điện qua Rt với hằng số phóng p=Rt.C -Khi UC giảm đến khi UC < Ux(t) thì tụ lại đƣợc nạp. Nếu chọn n<< p thì sau vài chu kỳ UC có giá trị không đổi và xấp xỉ Um Nhận xét: - dải tần rộng - nếu điện áp đo có cả thành phần 1 chiều thì điện áp đồng hồ đo đƣợc URt=U0+Um ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 136
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp + Mạch tách sóng đỉnh có đầu vào đóng Ux t U0 Um sint C Nguyên lý làm việc: Cho điện áp vào hình sin, trong 1/2 nửa chu kỳ UD UX UC Rt (+) đầu tiên D thông, C đƣợc nạp điện với hằng D số nạp  n=RD thông . C và UC tăng đến khi UC > UX(t). Lúc này D tắt và tụ C sẽ phóng điện qua Rt với hằng số phóng p=Rt.C ; và UC giảm đến UX(t) khi UC < UX(t) tụ lại đƣợc nạp. Nếu chọn n<< p : C.RD th<<RtC U0 RD th<< Rt t Thì sau 1 số chu kỳ t/hiệu tụ C sẽ đƣợc nạp 0 U  U +U . C 0 m 0 -Um URt U x U C U00 U msin t U U m U m sin t 1 -Um 3 -2Um t  t 2 k , k 1,2, U 2 U 2 Rt m Hình 6-14  t 2 k , k 1,2, U 0 2 Rt ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 137
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp b) Mạch tách sóng trung bình: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều có giá trị trung bình tỷ lệ với trị số điện áp trung bình của điện áp vào. Thƣờng dùng các mạch chỉnh lƣu cả chu kỳ hoặc nửa chu kỳ. + Mạch chỉnh lƣu nửa chu kỳ: D D1 là chỉnh lƣu nửa chu kỳ. D2 là ngăn không để điện Rt áp ngƣợc quá lớn đánh thủng D1 đặt lên Vôn kế và làm cho điện trở trong mạch tách sóng đồng đều trong cả chu kỳ. Kiểu mắc 1 diode Chọn Rt>> RD1thuận Rt+ RD1th=R2+RD2th D1 URt Um D2 Utb=Um/ 0 Kiểu mắc 2 diode // Hình 6-15 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 138
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp +Chỉnh lƣu cả chu kỳ: Ux AC URV D1 D2 Um Utb=2Um/ V D 4 D3 0 t Hình 6-16 c) Mạch tách sóng hiệu dụng Nhiệm vụ: Biến đổi điện áp xoay chiều thành 1 chiều có giá trị tỷ lệ với giá trị hiệu dụng của điện áp xoay chiều. U UR DC=k.UXhd X AC Tách sóng hiệu dụng ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 139
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Để tách sóng hiệu dụng cần phải những bƣớc sau: +Bình phƣơng điện áp: dùng mạch bình phƣơng điện áp hoặc dùng mạch có đặc 2 tuyến Vôn-Ampe bậc 2 (i=S0UX ) +Lấy tích phân, và dùng các mạch khai căn hoặc dùng phƣơng pháp khắc độ thang đo. t0 T 1 2 Uhd Ux t dt T t0 Ta xét mạch tách sóng hiệu dụng dùng các mạch có đặc tuyến Vôn-Ampe bậc 2: Để tăng khả năng đo điện áp hiệu dụng xây dựng các mạch có đặc tuyến Vôn- Ampe bậc 2 bằng cách xấp xỉ đặc tuyến thành những đoạn tuyến tính liên tiếp nhau. Giả sử xây dựng mạch có đặc tuyến xấp xỉ thành 4 đoạn nhƣ hình vẽ (0U1), (U1U2), (U2U3), (U3 ). ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 140
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp 4 đoạn tƣơng ứng với các khâu diode mắc liên tiếp với nhau nhƣ sơ đồ: En R1’ R2’ D1 R ’ D2 D3 3 U3 R2 R R1 UX 0 R3 iD0 U1 i U2 i iD1 D2 D3 mA 0 iA Hình 6-17 -Diode Di đƣợc phân cực bởi cặp điện trở Ri và Ri’ để điểm làm việc của chúng là Ui (i=1, 2, 3) -Tính toán mạch nhƣ sau: 2 Giả sử cần xấp xỉ đặc tuyến: i=S0U ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 141
Chƣơng 6. Đo dòng điện và điện áp Voi 0 Ux U 1 : D 1 ,D 2 ,D 3 tat iD0+ U  i + iD1+ ii x D0 A D0 iD2+ R 0 iD1+ iA  R?0 iD3 U iD2 U U i i S U2 x i x 1 A 1 0 1 D0 R 0  2 S0U3 + Voi U U U : D thong,D ,D tat i 1 x 2 1 2 3 2 D1 S0U2 11 U i i i U 2 iD0 X A D0 D1 x S0U1 RR01 R?1 2 Ux U 2 i A i 2 S 0 U 2  iA Tuong tu voi U2 U x U 3 : D 1 ,D 2 thong,D 3 tat UX iA iD0 i D1 i D2 R 2 ?  voi U3 U x : D 1 ,D 2 ,D 3 thong iA i D0 i D1 i D2 i D3 Hình 6-18 1 1 1 1 UR?x3 RRRR0 1 2 3 ERn. i Ui RR'ii Biet Rii Tinh duoc R ' ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 142
Chƣơng 7. Đo công suất 7.1 Khái niệm Công suất: năng lƣợng điện từ trƣờng tiêu thụ trên tải trong một đơn vị thời gian. Mạch điện một chiều: P = U.I Mạch điện xoay chiều: p = u.i Mạch điện có dạng điều hoà: 1 T P pdt U.I.cos : CS thực hiện T 0 CS phản kháng: Q = U.I sin R cos ; Z R2 X 2 Z Mạch điện hoạt động ở chế độ xung CS xung (Pxung): là trị số CS trung bình trong khoảng t/g có xung () 1 T 1 T  P uidt P uidt P P xung ; tb tb xung  0 T 0 T ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 143
Chƣơng 7. Đo công suất - Lƣợng trình đo CS: 10-6 W  107 W - Đơn vị đo CS: oát (W) - Đơn vị đo CS tƣơng đối: dBW, dBmW: dùng để so sánh các mức CS ở các vị trí khác nhau. P 10lg : CS tƣơng đối; P: trị số CS W(mW) tại một vị trí nào đó; P1 P1: trị số CS ban đầu (1W hoặc 1mW) 7.2 Các phương pháp đo công suất Đặc điểm đo CS ở tần số cao: - Biến đổi CS về đại lƣợng trung gian rồi đo đại lƣợng đó - Sai số của phép đo phụ thuộc vào sự phối hợp trở kháng giữa nguồn phát và phụ tải, phụ thuộc vào tần số và các tác động của môi trƣờng. Các phương pháp đo CS ở tần số cao: -Đo CS dùng chuyển đổi Hall (dùng cho cả t/số thấp và t/số cao) -Đo CS bằng cách đo điện áp trên tải thuần trở -Đo CS bằng điện trở nhiệt ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 144
Chƣơng 7. Đo công suất Đo CS ở tần số thấp: dùng phƣơng pháp nhân Phương tiện đo công suất: oát mét, gồm oát mét đo CS hấp thụ và oát mét đo CS truyền thông. - Oát mét đo CS hấp thụ: là phƣơng tiện đo CS tiêu tán trên tải phối hợp của chính phƣơng tiện đo đó (hình 7-1). Nó hấp thụ toàn bộ CS của nguồn phát khi nguồn phát đó không mắc tải ngoài - Oát mét đo CS truyền thông: là phƣơng tiện đo CS truyền theo đƣờng truyền tới tải (hình 7-2). Nó chỉ hấp thụ một phần năng lƣợng của nguồn phát còn phần lớn năng lƣợng truyền tới tải riêng của nó. Tải Tải hấp Oát mét P thực P thụ Oát mét Biến đổi Thiết bị Biến đổi Thiết bị năng lƣợng chỉ thị năng lƣợng chỉ thị Hình 7-1 Hình 7-2 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 145
Chƣơng 7. Đo công suất 7.2.1. Phƣơng pháp nhân: - Khi dòng điện là điều hoà thì CS tác dụng cần đo trên tải: P UI cos -Đo CS trên tải có thể thực hiện trực tiếp bằng cách dùng 1 thiết bị nhân để nhân điện áp và dòng điện trên tải. -Sơ đồ khối: (x +x )2 1 2 4x x x1 Bộ x1+x2 Bộ bình Bộ 1 2 Đồng hồ tổng phương tổng từ điện x2 2 -(x1-x2) x 1 2 Bộ đảo Bộ x1-x2 Bộ bình (x1-x2) Bộ đảo cực tổng phương cực x2 -x2 Hình 7-3 1 2 2 x1x2  x1 x2 x1 x2  4 x1 U sint, x2 I sin t ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 146
Chƣơng 7. Đo công suất 4x1x2 4UI sin t sin t 2UI cos 2UI cos 2t - Điện áp đƣợc đo bằng một đồng hồ từ điện mắc song song với 1 tụ điện. Chỉ số của đồng hồ là thành phần 1 chiều: 2UIcos , là CS cần đo trên tải. - Phần tử có đặc tuyến bậc 2: lấy phần đầu của đặc tuyến V-A của điốt hoặc transistor. (yêu cầu đèn phải có đặc tuyến đồng nhất). - Sai số: (5-10)% 7.2.2. Đo CS dùng chuyển đổi Hall: - Chuyển đổi Hall đƣợc cấu tạo bằng bản mỏng chất bán dẫn đơn tinh thể (Si hoặc Ge) với 2 cặp cực đặt vuông góc với nhau và nằm trên các thành hẹp của bản tinh thể (Hình 7-4). Hình 7-4 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 147
Chƣơng 7. Đo công suất -cặp cực dòng D đƣợc cấp I một chiều hoặc xoay chiều, cặp cực áp A cho ra điện áp tỉ lệ với tích của I và từ cảm tác động vuông góc lên bề mặt của tinh thể. -Sức điện động Hall: eH = KH.B.i (*) KH: hệ số chuyển đổi, phụ thuộc vào vật liệu, kích thƣớc, hình dạng của tấm bán dẫn và nhiệt độ môi trƣờng. -Nếu B ~ Ut; i ~ It eH = KH.KI.Ut.It KI : hệ số tỉ lệ Ở mạch điện 1 chiều, sức điện động Hall : eH = KH.KI.Pt Ở mạch điện xoay chiều hình sin, sức điện động Hall: eH = KH.KI.Um.Im.sin(t).sin(t - ) = KH.KI.U.I.cos - KH.KI.U.I.cos(2t - ) Nếu mắc vào 2 cực áp 1 dụng cụ từ điện thì chỉ số của dụng cụ đó tỉ lệ với Ptb trong mạch dòng xoay chiều thang đo của dụng cụ có thể đƣợc khắc độ trực tiếp theo đơn vị CS. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 148
Chƣơng 7. Đo công suất Từ (*) muốn eH tăng thì hoặc i tăng, hoặc B tăng; thƣờng tăng B vì i tăng tăng nhiệt độ của bán dẫn (ít dùng) Để tăng B cần định hƣớng và gắn chuyển đổi Hall ở vị trí thích hợp trong ống dẫn sóng và cáp đồng trục, hoặc sử dụng môi trƣờng có độ từ thẩm cao. Ưu điểm: - Không có sai số do mất phối hợp trở kháng. - Quán tính nhỏ - Dải tần rộng - Cấu trúc đơn giản Nhược điểm: - eH phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 149
Chƣơng 7. Đo công suất 7.2.3 Đo CS bằng pp đo điện áp trên tải thuần trở: - Phƣơng pháp đo công suất bằng cách đo điện áp trên tải thuần trở là cơ sở để chế tạo oát-mét đo công suất hấp thụ của nguồn phát với 1 tải mẫu thuần trở. Tải mẫu là 1 điện trở bề mặt hoặc dạng khối có cấu trúc đặc biệt. Cấu tạo: phần điện trở có dạng hình trụ lõi bằng gốm, trên phủ lớp than chì đặc biệt; màn màn chắn phối hợp chắn phối hợp nằm dọc theo theo chiều dài của Tới =R phần điện trở, có đƣờng kính biến thiên theo t cáp Rt hàm mũ. đồng trục Với kết cấu nhƣ vậy sóng điện từ lan truyền từ ’ với trở Rt nguồn phát tới không bị méo, tải là thuần trở kháng phối hợp trở kháng tốt với nguồn phát. sóng Oát mét Vôn mét Đtử Để phối hợp trở kháng, điện trở bề mặt toàn phần Rt theo dòng 1 chiều phải bằng trở kháng sóng của cáp đồng trục với mục đích Hình 7-5 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 150
Chƣơng 7. Đo công suất để giảm việc mất phối hợp trở kháng khi mạch vào của Vôn mét mắc song song với tải. Để mở rộng phạm vi đo công suất, Vôn –mét chỉ đo một phần điện áp trên tải. Để mở rộng dải tần ta thƣờng dùng Vôn-mét điện tử loại tách sóng biên độ có đầu vào mở. Khi có phối hợp trở kháng công suất tiêu thụ trên tải đƣợc xác định thông qua giá trị biên độ Um và giá trị hiệu dụng U của điện áp rơi trên tải Rt U 2 U 2 P m Rt 2Rt Công suất trên tải Rt thông qua giá trị điện áp Um’ mà vôn mét đo đƣợc bằng: Rt '2 P '2 Um 2Rt - Vôn mét đƣợc khắc độ thang đo theo đơn vị công suất. Sai số: sai số do lệch phối hợp trở kháng; sai số của Rt ; sai số của Vôn mét. Sai số tổng 20% công suất đo. Oát mét loại này đo đƣợc CS đến hàng chục nghìn W ở dải tần đến vài GHz ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 151
Chƣơng 7. Đo công suất 7.2.4 Đo công suất dùng điện trở nhiệt Oát mét dùng điện trở nhiệt đƣợc xây dựng trên cơ sở mạch cầu điện trở, ở 1 trong những nhánh của chúng mắc điện trở nhiệt. Thƣờng dùng để đo CS nhỏ từ hàng chục mW (t/số hàng chục GHz). a/ Cấu tạo của điện trở nhiệt: * Cấu tạo của Bôlômét: là 1 sợi dây điện trở rất mảnh làm bằng bạch kim hay vônfram, đƣợc đặt trong bình thuỷ tinh (hình 7-6). + Trong bình có chứa khí trơ hay có độ chân không cao để giảm sự truyền nhiệt ra môi trƣờng và tăng tốc độ đốt nóng dây điện trở. + Chiều dài của sợi dây điện trở phải thoả mãn đk:  l min , để sự phân bố dẫn điện trên sợi dây 8 Hình 7-6 đƣợc đồng đều; min : độ dài cực tiểu của bƣớc sóng điện từ của nguồn công suất cần đo. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 152
Chƣơng 7. Đo công suất + Quan hệ giữa điện trở của Bôlômét và công suất cần đo (hình 7-7): b Rb = R0 + aP R0 :điện trở của Bôlômét khi P = 0; a,b : hệ số tỉ lệ, phụ thuộc kích thƣớc, vật liệu của bôlômét + Dải điện trở của bôlômét: hàng chục đến vài trăm ôm với độ nhạy (312)/mW Hình 7-7 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 153
Chƣơng 7. Đo công suất * Cấu tạo của Tesmitor: là điện trở cân bằng bán dẫn có hệ số nhiệt âm . + Hai dây bạch kim hoặc iridian có đƣờng kính (20  30) m nối với nhau tại hạt cầu làm bằng bán dẫn, tất cả đƣợc đặt trong bình thuỷ tinh. + Điện trở của Tesmitor khoảng (100  3000)  . + Quan hệ giữa điện trở của Tesmitor và công suất cần đo (hình 7-9) * So sánh giữa bôlômét và tecmistor: Hình 7-8 + Bôlômét có ƣu điểm là dễ chế tạo, đặc tính ít phụ thuộc nhiệt độ môi trƣờng; nhƣợc điểm: dễ bị quá tải, kích thƣớc lớn nên hạn chế sử dụng ở đoạn sóng cm, Zvào nhỏ nên khó thực hiện phối hợp trở kháng với đƣờng truyền. + Tecmisto có ƣu điểm là độ nhạy cao, ít bị quá tải, trị số R lớn, trị số L,C bản thân nhỏ, kích thƣớc nhỏ, độ bền cao; nhƣợc điểm: khó chế tạo, đặc tính phụ thuộc t0 môi trƣờng. Hình 7-9 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 154
Chƣơng 7. Đo công suất b/Oátmét dùng điện trở nhiệt * Oátmét xây dựng trên mạch cầu đơn không cân bằng: Px + Oátmét đƣợc nuôi bằng nguồn điện áp 1 chiều với chiết R1 RT áp Rđc dùng để điều chỉnh dòng qua các nhánh cầu, với A chỉ dòng mất cân bằng trong nhánh chỉ thị. A + Ở 1 nhánh cầu ta mắc điện trở nhiệt, trƣớc khi đo cần R R2 thay đổi điện trở Tecmisto bằng nhiệt năng của dòng điện 3 Rđc qua chuyển đổi (đ/chỉnh chiết áp Rđc) để cầu cân bằng. Lúc này MicroAmpemet chỉ "0". Nguồn + Khi có nguồn công suất cao tần tác động lên R làm cho điện áp 1 T chiều nó giảm đtrở mất cân bằng cầu xuất hiện dòng điện qua A với thang đo khắc độ trực tiếp theo công suất. Hình 7-10 + Sai số: khoảng 10%, phụ thuộc chủ yếu vào sự thay đổi nhiệt độ môi trƣờng, sự không phối hợp trở kháng của Oátmét với đƣờng truyền và sai số của thiết bị chỉ thị. ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 155
Chƣơng 7. Đo công suất * Oátmét xây dựng trên mạch cầu đơn cân bằng: + A chỉ thị cân bằng cầu, mA cho biết trị số của công suất. Px RT mắc vào 1 nhánh cầu, chọn R1=R2= R3=RTPx= 0 = R. + Khi chƣa có nguồn CS t/động lên RT, tƣơng tự nhƣ TH R1 RT trên ta điều chỉnh dòng điện trong mạch để thay đổi RT và thiết lập cân bằng cầu. Ở thời điểm cầu cân bằng, A chỉ A mA "0", còn chỉ dòng điện I0 . R R3 2 + Khi có nguồn CS t/động lên RT làm cho RT, cầu mất cân bằng. Để cầu cân bằng ta phải tăng đ/trở bằng cách  dòng mA Rđc mA ' Nguồn điện trong mạch. Ở thời điểm cân bằng chỉ I0 . + Qua hai bƣớc đ/chỉnh cân bằng cầu, R của Tecmisto điện áp 1 T chiều không đổi nên CS tiêu thụ trên Tecmisto trong 2 bƣớc nhƣ nhau do đó: Hình 7-11 I 2R I '2R R P 0 T 0 T P P T I 2 I '2 t 4 4 x x 4 0 0 ThS. Trần Thục Linh – Bộ môn KTĐT - PTIT Trang 156