KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TS. LƯU THẾ VINH - 6 docx

Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 106 -

8.3. Má ghi biểu đồ trên băng dùng điện cực rắn
Phương pháp ghi biểu đồ trên băng dùng điện cực rắn được minh họa trên
hình 3-22. Đầu ghi là một tập hợp gồm nhiều điện cực (cỡ vài trăm) được ghép nối
iện lên bề mặt băng giấy
tần số rất tốt
vì đầu ghi là đứng yên, máy có thể ghi các
n hiệu tới 1kHz.
tục.

tiếp nhau trên một thanh ngang cố đònh. Các điện cực được điều khiển bằng mạch
điện tử và thực hiện việc ghi tín hiệu bằng cách phóng đ
chuyên dụng dòch chuyển bên dưới.
Dụng cụ có đáp tuyến
tí
Nguyên tắc điều khiển các điện cực
ghi được minh họa trên hình 3-23. Tín hiệu
lối vào được lượng tử hóa thành từng mức
gián đoạn nhờ một hệ thống các bộ so sánh
liên tiếp mắc song song với nhau. Đầu ra
của mỗi bộ so sánh điều khiển trực tiếp
một điện cực ghi. Các mức thế so sánh
được thực hiện bằng một cầu điện trở chia
áp giữa các bộ nguồn ±E.
Dạng sóng tín hiệu ghi trên băng sẽ
cực ghi lớn thì dạng sóng ghi gần như là liên
có dạng một đường đứt nét. Khi số điện
+
-
SS4

+
-
SS3
+
-
SS2
+
-
SS1
U1
U2
U3
U4
+E
V4
Tầng so áp
-E
V1
V2
V3
Mạch kích
điện cực ghi
Các điện cực
ghi
CONTROL
Tín hiệu vào

Hình 3-22
Hình 3-23. Quá trình lượng tử hóa tín hiệu vào và điều khiển các điện cực ghi

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 107 -
Vinh Khoa Vật Lý
Phương pháp ghi dùng điện cực rắn có nhược điểm là mạch điều khiển phức
tạp vì phải dùng một số lượng lớn các mạch so sánh và các điện cực ghi. Tuy nhiên
việc sử dụng các mạch tích hợp cho phép đơn giản hóa vấn đề đặt ra.
8.4. Má ghi theo tọa độ xy
Nguyên tắc hoạt động của máy ghi theo tọa độ xy là sử dụng bút vẽ dòch
chuyển đồng thời theo cả 2 chiều x và y để vẽ biểu đồ trên một tờ giấy đặt cố đònh.
Cơ cấu ghi tương tự như đối với máy ghi biểu đồ theo nguyên tắc biến trở tự cân bằng
(hình 3-24). Ở đây bút vẽ được gắn trên một giá mang và sự dòch chuyển của bút theo
chiều dọc trên giá (trục y) được điều khiển bằng mô tơ M
1
. Toàn bộ giá mang bút có
thể dòch chuyển theo chiều ngang (trục x) nhờ mô tơ M
2
thông qua hệ thống dây kéo
và 4 puli trợ động.

ếch đại lối vào và mạch chọn khoảng đo chỉ ra trên hình 3-25. Các
huyển mạch S
1
và S
2
cho phép điều chỉnh hệ số khuếch đại cũng như thay đổi du
Với vò trí của S
1
và S
2
như hình vẽ 3-25 ta có độ lợi của mạch khuếch đại là:






Các mạch biến đổi tín hiệu vào kênh X và kênh Y để điều khiển các mô tơ
trợ động M
1
và M
2
về cơ bản giống như sơ đồ hình 3-21. Mỗi mạch đều có bộ phận
chỉnh mức 0, bộ khuếch đại cộng và một mạch lặp áp để hồi tiếp điện áp lấy từ con
trượt của biến trở gắn với đầu bút ghi.
Tầng khu
M
2
M
1

Hình 3-24. Cơ cấu ghi theo tọa độ xy
c
xích trên bản vẽ sao cho điện áp lối ra của mạch là 1V.


10
1090
1090900
)/1,0(A lợi Độ
43
432
1
=
+
+
+
=
+
+
+
=
KK
K
K
K
RR
RRR
cmV

Như vậy khi chuyển mạch S

2
ở vò trí 0,1V/cm, thì với một tín hiệu vào 0,1V
õ được khuếch đại lên thành 10 x 0,1V/cm = 1V; tín hiệu 1V này sẽ đưa tới bộ
huếch đại cộng và sẽ tạo ra độ lệch 1cm của bút ghi.

se
k

Lưu Thế
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 108 -
Khi chuyển mạch ở vò trí 1V/cm, đầu ra của A
1
được nối trực tiếp với đầu
ào đảo, mạch khuếch huật toán trở thành mạch khuếch đại lặp lại. Như vậy
ạch sẽ tạo độ lệch 1cm cho tín hiệu vào là 1V.
Bậy giờ giả sử khóa S
2
ở vò trí 0,01V/cm, độ lợi của mạch sẽ là:

S
2
đại tv
m

100
10
1090900
)/01,0(A lợi Độ
4

432
1
=
+
+
=
+
+
=
K
K
K
K
R
RRR
cmV


Như vậy, mạch sẽ tạo độ lệch 1cm đối với mỗi tín hiệu vào 0,01V.
” sang vò trí
DU X
Lúc này biến
ở R
5
cùng với R
6
cho phép điều chỉnh độ lợi của mạch khuếch đại từ giá trò tối thiểu
đến giá trò tối đa:

Hình 3-25. Bộ khuếch đại đầu vào cho máy ghi theo tọa độ xy

Khi khóa chuyển mạch S
dòch chuyển tư
1
ø vò trí “KHOẢNG ĐO
“ ÍCH”, các điện trở R
2
, R
3
và R
4
ngắt khỏi đầu vào đảo của A
1
.
tr
11
5
550
xích du lợi Độ
6
65
=
+
=
+
=
K
K
K
R
RR

§ 9. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG BẰNG DAO ĐỘNG KÝ
Dao động ký điện tử không chỉ là thiết bò để quan sát dạng của tín hiệu
nghiên cứu, mà còn dùng để đo lường các thông số đặc tính của tín hiệu. Ví dụ, có
thể đo biên độ, đo tần số, đo di pha, đo khoảng thời gian, đo hệ số điều chế…
Các phương pháp đo dùng dao động ký rất thông dụng, vì phép đo đơn giản,
thực hiện nhanh chóng và dễ dàng, kết quả đo khá chính xác. Một đặc điểm rất quan
trọng của phép đo là trực quan, vừa quan sát được dạng tín hiệu nghiên cứu vừa đo
đạc được các thông số đặc tính của tín hiệu.


S1
+
-
A1
Vi
Khoảng đo
S2
1V/cm
Đến KĐ cộng
R2
900K
R1
Du xích
0.01V/cm
R3
90K
0,1V/cm
R4
50K

R5
10K
5K
R6


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 109 -
9.1. Đo biên độ, tần số và pha của điện áp tín hiệu
Biên độ đỉnh – đỉnh của một dạng sóng đã hiện hình có thể đo được dễ dàng
nhờ kích tấc dao động đồ trên màn hình. Trên hình 3-26 minh họa 2 sóng sin với biên
độ và chu kỳ khác nhau trên cùng một màn hình. Vò trí các núm điều khiển thang độ
và kích tấc dao động đồ VOLT/DIV cũng như núm chọn thời gian TIME/DIV như chỉ
ra trên hình vẽ.
Hình 3-26. Đo biên độ đỉnh – đỉnh và chu kỳ của sóng sin

ạch
các sóng là:
– Sóng A:

Ta thấy sóng A có biên độ 4,6 vạch chia, còn sóng B tương ứng với 2 v
chia. Như vậy, theo vò trí của thang độ trên núm điều khiển VOLT/DIV là 100 mV ta
có biên độ đỉnh – đỉnh của các điện áp sẽ là:
- Sóng A: V
App
= 4,5 vạch x 100 mV = 450 mV
- Sóng B: V
Bpp
= 2 vạch x 100 mV = 200 mV.

Chu kỳ của sóng sin được xác đònh bằng cách đo số vạch ngang ứng với một
chu kỳ nhân với giá trò của một ô được đặt trên núm điều khiển TIME/DIV. Theo số
liệu trên hình 3-26 ta có chu kỳ và tần số của
ms
trìnhchu
msvạch
T
A
2,2
2
5,08,8

=
×
=



H
zmsT
f
AA
4552,211
≈
=
=


– Sóng B:
ms

trìnhchu
msvạch
T
B
73,0
6
5,08,8

=
×
=

kHzmsT
f
BB
36,173,011
=
=
=



Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 110 -
hương pháp minh họa
∆ϕ = 1,4 vạch x 45
o
/vạch = 63
o

.
Hình 3-27. Đo hiệu số pha giữa 2 sóng sin

9.2. Đo các tham số xung.
Hiệu số pha của hai sóng hình sin ∆ϕ được đo bằng p
trên hình 3-27. Mỗi sóng có một chu kỳ ứng với 8 vạch ngang, và thời gian giữa các
thời điểm bắt đầu mỗi chu trình là 1,4 vạch. Ta có 1 chu trình = 360
o
, như vậy, giá trò
của mỗi vạch chia là:
1 vạch chia = 360
o
/8 = 45
o
Hiệu số pha của 2 điện áp sẽ là:


Trong kỹ thuật xung, việc xác đònh các tham số của tín hiệu xung như : biên
độ xung A
m
, th
1 2
ư việc quan
sát dạn
m số cần thiết.
Trên hình 3-2 a t mạng 4 cực nào đó.
– v øo: - Độ rộng xung (đỉnh xung) τ = 4,5 vạch x 1µs = 4,5µs;
q = 3,5 vạch x 1µs = 3,5µs;
o xung: A
m

= 2 vạch x 1V = 2V;
T = 8vạch x 1 µs = 8 µs;
àn số: f = 1/T = 1/8 µs = 125 kHz.
– Đối với xung ra: - Thời gian trễ: t
d
= 1vạch x 1 s = 1µs;
- Mặt tăng: t
1
= 0,8 vạch x 1µs = 0,8 µs;
ët giảm t
2
= 0,9 vạch x 1µs = 0,9 µs
ời hạn (độ rộng) xung τ, sườn trước τ , sườn sau τ cũng nh
g xung đặc biệt tiện lợi khi sử dụng dao động ký điện tử. Giả sử ta cần biết
dạng tín hiệu lối vào và lối ra của một mạch điện tử nào đó, ta có thể cho hiện hình
đồng thời 2 dạng sóng lối vào và lối ra trên màn dao động ký. Nhờ kích tấc dao động
đồ và các toạ đ ä to rên màn hình ta dễ dàng xác đònh được các tha
8 l ón ộø hai dạng s g xung lối vào và lối ra của m
Ta thấy xung lối ra bò trễ một thời gian t
d
so với xung lối vào; ngoài ra sườn xung bò
tích phân nên tạo ra mặt tăng t
1
(thời hạn sườn trước) và mặt giảm t
2
(thời hạn sườn
sau). Giả sử núm điều khiển TIME/DIV ở vò trí 1µs, núm VOLT/DIV ở vò trí 1V thì
các tham số của xung sẽ là.
Đối với xung a
- Độ rỗng xung

- Biên đ ä
- Chu kỳ:
- Ta
µ
- Ma

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 111 -


Hình 3-28. Đo các tham số xung
Kết quả trên còn cho biết một tham số rất quan trọng gọi là tốc độ đáp ứng
(slew rate) của mạch uếch đại thuật toán.
ốc độ đáp ứng cho g tới đầu vào, và đo
volt/µs. Theo hình 3-28, ta có độ biến hiên điện áp ở mặt tăng của xung
là ∆ ø t
1
= 0,7µs, như vậy tốc độ đáp ứng sẽ là:

, thường dùng để đặc trưng cho các bộ kh
biết phản ứng của mạch khi tác dụng xunT
bằng đơn vò
V = 2V, thời gian sườn trước la

sV
s
V
t
V

µ
µ
/9,2
7,0
2
1
≈=
∆

Trên hình 3-29 là 2 dạng sóng xung vuông góc khi đưa vào máy hiện sóng cho
thấy rằng khi ghép DC dạng sóng sẽ được tái tạo trung thực, nhưng khi ghép AC tụ
ghép có thể gây méo dạng sóng nghiêm trọng ở tần thấp.
Thời hạn
sườn trước t
Thời Thời hạn sườn sau
t
g
ian trễ
t
d 2
1


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 112 -
Hình 3-29. Sự méo dạng của sóng xung khi ghép AC.
Tích số của điện dung ghép và điện trở vào là một đại lương gọi là hằng số
thời gian vào của máy hiện sóng
τ

i
= R
i
C
c

Với giá trò R
i
= 1MΩ, C
c
= 0,1µF, ta có τ
I
= 1MΩ. 0,1µF = 0,1s .
Theo số liệu trên hình 3-29 thì độ rộng xung là 50ms, nó bằng một nửa thời
hằng vào của máy hiện sóng. Khi độ rộng xung và khoảng cách giữa các xung nhỏ
hơn nhiều so với thời hằng τ
I
thì sự nạp của tụ không đáng kể, nên hầu như không
gây méo dạng. Để tránh sự méo xung ở tần thấp thì độ rộng xung thường phải nhỏ
hơn 1/20 lần thời hằng vào của máy hiện sóng.
Trên hình 3-30 cho thấy sự méo dạng do cao tần gây ra. Trường hợp này
không phụ thuộc vào ghép DC hay AC mà là do điện dung vào C
i
của máy hiện sóng.
Nếu R
S
là
ø
điện trở của nguồn tín hiệu thì hằng số thời gian của mạch sẽ là τ
i

=R
S
C
i
Trên

hình vẽ với xung rất ngắn 0,2µs; R
S
= 1K; C
i
= 30pF thì thời hằng của mạch vào
là: τ
i
= R
S
C
i.
= 0,03 µs; tụ C
i
sẽ nạp và gây ra sự méo dạng xung. Nếu xung có độ
rộng lớn hơn nhiều so với C
i
R
S
thì sự méo dạng là không đáng kể.
Tóm la øo không làm méo dạng xung là: ïi điều kiện để mạch va
ciiS
CRCR
1
xung rộng Độ ≤≤

τ
20
20
(3-11)
9.3. Phương pháp hình Lissajou.

Hình 3-30. Ảnh hưởng của điện dung vào làm méo dạng xung ở cao tần


Nếu ngắt bộ dao động tạo quét của máy hiện sóng và đưa các sóng hình sin
đồng thời vào 2 kênh XX và YY thì trên màn dao động ký sẽ xuất hiện dao động đồ
Lissajou. Hình dạng của dao động đồ là đơn giản khi 2 điện áp cùng tần số, và hình
sẽ có dạng rất phức tạp nếu 2 điện áp khác tần số.
Có thể sử dụng hiệu ứng trên để đo tần số của các dao động hình sin. Trên
hình 3-31 là sơ đồ minh họa nguyên tắc đo tần số bằng phương pháp hình Lissajou.
Điện áp hình sin tần số f
y
đưa vào kênh lệch đứng YY, còn điện áp hình sin có
tần số f
x
đưa vào kênh lệch ngang XX. Máy hiện sóng hoạt động ở chế độ ngắt bộ
tạo quét trong. Khi thực hiện đồng bộ trên màn hình sẽ thu được dao động đồ
Lissajou. Hãy cắt dao động đồ theo 2 trục dọc và ngang như hình vẽ sao cho số vết
cắt là lớn nhất. Đếm số vế cắt theo trục dọc (m) và trục ngang (n). Tỷ số các vết cắt
ấy chính bằng tỷ số hai tần số:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 113 -
m

f

nf
X
=
(3-12)
Chẳng hạn, số liệu như tre
Y
ân hình vẽ ta có f
y
/f
đònh được f .
x
= 3/4. Nếu biết trước tần số f
y

ta có th
đồ Lissajou sẽ
khác nhau. Trên hình 3-32 là dạng sóng ứng với một số trường hợp đặc biệt.
rất phức tạp và khó điều chỉnh sự
đồng b
ra
trên hìn
iều chế độ sáng của hình. Nếu tần số chuẩn bằng tần
ể dễ dàng xác
x
Sóng sin
tần số f
Y
Sóng sin

tần số f
X
Hình 3-31. Sơ đồ đo tần số bằng phương pháp hình Lissajou.
Tùy theo độ lệch pha giữa 2 điện áp mà hình dạng dao động
Góc lệch pha
ϕ
Hình 3-32. Một số dạng dao động đồ Lissajou
Phương pháp dao động đồ Lissajou để đo tần số chỉ thích hợp khi tỷ số giữa 2
tần số nhỏ hơn 3 đến 4 lần, khi lớn hơn hình hiện ra
ộ. Trong các trường hợp này người ta thường sử dụng phương pháp quét tròn
với sự điều chế độ chói của hình quét. Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp này chỉ
h 3-33. Điện áp chuẩn dùng để so sánh có tần số nhỏ hơn f
1
được đưa qua một
mạch xoay pha RC để tạo ra 2 điện áp cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 90
o
, đưa
đồng thời vào 2 lối vào XX và YY của dao động ký. Trên màn hình sẽ có dao động
đồ hình tròn (hay elip). Thời gian để tia điện tử quét thành một vòng tròn chính bằng
chu kỳ của điện áp mẫu. Điện áp cần đo có tần số lớn hơn f
2
đïc đưa tới cực điều
chế M của dao động ký, nó sẽ đ

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 114 -
số điện áp cần đo thì dao động đồ sẽ là một vòng tròn nửa sáng, nửa tối.
cần đo ba số chuẩn ì ao độ đồ s là mo
đứt nét

Hình 3-33. Đo tần số bằng phương pháp quét vòng
h để tỷ số
giữa 2
1
đưa

vào
cực điều chế M.

n hiệu. Dùng dao động ký
để vẽ đặc tuyến tần số, đặc linh kiện bán dẫn, hay của
một mạng 4 cực nói chung.
Nếu tần số
èng một bội số nguyên lần tần th d ng ẽ ät vòng tròn
xen kẽ những vạch sáng và vạch tối. Đếm số vạch sáng hoặc vạch tối ta biết
được tỷ số giữa 2 tần số : n = f
2
/f
1
.

Nguồn
tín hiệu
f
1
Nguồn
tín hiệu
f
2
>f

1
Khi thực hiện phép đo trên, điều kiện quan trọng là phải hiệu chỉn
tần số là một bội số nguyên lần của nhau thì hình mới ổn đònh, nếu điều kiện
trên không thỏa mãn dao động đồ sẽ không thể quan sát được.
Nếu điện áp cần đo thấp hơn tần số chuẩn thì phải mắc ngược với trường hợp
trên, nghóa là đưa điện áp cần đo f
2
vào các kênh XY, còn điện áp chuẩn f
Ngoài các ứng dụng trên có thể sử dụng dao động ký điện tử trong các phép
đo các thông số của dao động điều chế và phân tích phổ tí
tuyến vôn – ampe của các

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 115 -



CHƯƠNG IV: MÁY TẠO SÓNG ĐO LƯỜNG

§ 1. KHÁI NIỆM CHUNG
Máy tạo sóng đo lường là bộ nguồn tạo ra các tín hiệu chuẩn về biên độ, tần
số và dạng sóng dùng trong thử nghiệm và đo lường. Các máy tạo sóng trong phòng
thí nghiệm có các dạng sau:
– Máy tạo sóng sin tần thấp LF (low frequency);
– Máy tạo sóng sin tần số vô tuyến RF (radio frequency);
– Máy tạo hàm;
– Máy phát xung;
– Máy phát tần số quét, máy phát các tín hiệu thử nghiệm.
Các máy tạo tín hiệu RF thường có dải tần số từ 0 ÷ 100kHz, với mức điện áp

có thể điều chỉnh từ 0 ÷ 10V. Các máy tạo hàm cũng thường là máy phát RF với 3
dạng sóng đặc trưng là sóng vuông, sóng tam giác và sóng hình sin.
§ 2. MÁY TẠO SÓNG SIN TẦN THẤP LF
Máy tạo dao động hình sin thực hiện việc biến đổi năng lượng nguồn dòng
điện một chiều thành dòng xoay chiều có tần số theo yêu cầu. Cấu tạo của máy thực
hiện trên cơ sở bộ khuếch đại có hồi tiếp dương đảm bảo chế độ tự kích ổn đònh ở tần
số yêu cầu.
Có nhiều kiểu tạo dao động sóng sin: dao động 3 điểm điện cảm (sơ đồ
Colpits), dao động 3 điểm điện dung (sơ đồ Hartley), dao động cầu Wien. Dao động
cầu Wien là mạch được sử dụng nhiều nhất vì cho dạng sóng lối ra có dạng sin tốt
nhất với biên độ và tần số ổn đònh. Cầu Wien là một cầu AC, trong đó sự cân bằng
của cầu đạt được ở một tần số nguồn riêng phụ thuộc vào các thành phần của cầu. Sơ
đồ nguyên lý của một mạch dao động cầu Wien chỉ ra trên hình 4-1.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 116 -

Hình 4-1. Mạch dao động cầu Wien
ønh mạch khuếch
đại kho
Mạch khuếch đại thuật toán và các điện trở R
3
, R
4
tạo tha
âng đảo. R
1
, R
2

, C
1
và C
2
tạo thành mạch hồi tiếp. Cầu đạt cân bằng khi thỏa
mãn điều kiện:
R

224
C
11
3
R
C
R
+=
(4-1)
R
và
2211
2
1
CRCR
f
π
= (4-2)
Thường chọn R
1
= R
2

=R; C
1
=C
2
= C , khi đó ta có:

R
3
= 2R
4
; (4-3)
Vàø:
f = 1/2
π
RC (4-4)
Ở tần số cân bằng của cầu, điện áp phát triển trên R
2
C
2
(áp vào bộ khuếch
đại) cùng pha với điện áp ra. Độ lợi của mạch khuếch đại là:

(
)
3
443
=
+
=
R

R
R
A
V


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
(4-5)
Biên độ ra của tín hiệu có xu hướng tiến tới ± V
CC
và ± V
E
, điều này gây méo
dạng sóng ra. Để khắc phục, người ta chia R
3
ra làm 2 điện trở R
5
+ R
6
và dùng thêm
2 diode mắc song song ngược chiều nhau (hình 4-2,a).
R6
R5
D1
D2
R4
+
C5
C3
C1

C6
C4
C2
R1
R2
a) b)
S1
S2
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 117 -
u Thế Vinh Khoa Vật Lý
Hình 4-2. Mạch ổn đònh biên độ (a) và mạch để điều chỉnh tần số (b)

Khi biên độ điện áp ra nhỏ, sụt áp trên R
6
không đủ để thiên áp thuận cho các
diode. Lúc này độ lợi mạch khuếch đại là:

4
654
R
RRR
A
V
++
=
(4-6)
Khi biên độ điện áp ra đủ lớn để đònh thiên thuận cho các diode, thì R
6
ngắn

mạch và độ lợi của mạch sẽ giảm:

4
54
R
RR
A
V
+
=
(4-7)
Giá trò của hệ số khuếch đại A
V
< 3 để loại bỏ những biên độ ra lớn, nhờ vậy
ổn đònh được biên độ điện áp ra.
Để điều chỉnh tần số có thể thay đổi giá trò của R và C. Trên hình 4-2 dùng
và các tụ C
1
, C
2
.
3
ông tắc S
1
cho phép thay đổi giữa hai khoảng biên độ.
m và điều chỉnh biên độ
I
B
= 500nA.
Bài giải.

– Ta có, với R
1
và R
2
trong mạch (S
1
mở) thì:
V
R3
= 0,1V;
và V
R1
+ V
R2
= V
i
– V
R3
= 5V – 0,1V = 4,9V
I
3
>>

I
B
Giả sử I
B
= 100 µA. Khi đó
R
3

= 0,1V / 100µA = 1kΩ (chiết áp)
các chuyển mạch S1 và S2 đồng trục để thay đổi đồng thời R
1
, R
2
Để điều chỉnh biên độ sóng ra, sử dụng mạch điều chỉnh như hình 4-3. Trong
đó các điện trở R
1
, R
2
và R
3
hình thành nên bộ chia áp làm giảm tín hiệu ra. Bộ
khuếch đại thuật toán mắc theo kiểu lặp áp để tạo trở kháng ra thấp. R
là chiết áp
điều chỉnh biên độ ra. C
Hình 4-3. Mạch suy giả sóng ra.
Ví dụ: Một sóng sin 5V từ lối ra của bộ dao động cầu Wien cung cấp cho bộ
suy giảm. Hãy tính các giá trò của R
1
, R
2
và R
3
để cho ra các khoảng điện áp ra từ 0
÷ 0,1V; 0 ÷ 1V. Dòng phân cực lối vào của OPAMP là

Lư
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 118 -

và (R
1
+ R
2
) = 4,9 V / 100µA = 49kΩ.
– Với R
2
ngắt khỏi mạch (S
1
đóng):
V
R3
= 1V,
Và: I
3
= V
R3
/R
3
= 1V / 1kΩ = 1mA;
4kΩ;
§ 3. MÁY
V
R1
= 5V – 1V = 4V;
R
1
= 4V / 1mA =
R
2

= 49kΩ – 4kΩ = 45kΩ

TẠO HÀM
Máy tạo hàm là nguồn tín hiệu vuông, tam giác và sóng sin có dải tần điều
chỉnh đ
Hình 4-4. Sơ đồ khối của máy tạo hàm
Tín hiệu lối ra mạch tích phân có dạng xung tam giác, còn lối ra mạch Schmitt
trigger là dạng xung vuông. Liên kết phản hồi giữa lối ra và lối vào giữa 2 mạch tích
phân và mạch Schmitt trigger tạo nên một hệ tự dao động. Tín hiệu dạng sin nhận
được nhờ mạch tạo hàm sin từ xung tam giác.
3.1. Tầng da
ược dễ dàng và có mạch dòch mức DC. Sơ đồ khối của máy tạo hàm chỉ ra
trên hình 4-4.
Mạch
Schmitt
triggertích phân
Mạch
suy giảm
Tạo
hàm sin
o động chủ.
Tầng dao động chủ thực hiện trên cơ sở liên kết mạch tích phân và trigger
Schmitt như hình vẽ 4-5.


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 119 -
Hình 4-5. Tầng dao động chủ của máy phát hàm
Mạch trigger Schmitt có 2 ngưỡng là:

V
n1
V
n2
A
2
A
1
4
3
32,1

R
R
VV
satn
⋅= m (4-8)
Giả sử lối ra của trigger Schmitt đang ở mức bão hòa dương +V
3sat
, lúc này
mgưỡng vào của trigger Schmitt là:

4
32

R
VV
satn

⋅+= (4-9)
3
R
Thế bão hòa dương +V
3sat
hồi tiếp về lối vào mạch tích phân A
1
. Lúc này thế
lối vào mạch tích phân sẽ là:

0
11
31
>⋅+=
R
VV
sat
(4-10)
1
R
Với R
là điện trở phần dưới của biến trở R
1
. Thế lối ra mạch tích phân sẽ đi

11
xuống theo quy luật:

12
1

12

1
12
CR
t
V
dtVV −=−=
∫
(4-11)
CR
hi thế lối ra mạch tích phân đạt mức ngưỡng
4
3
31

R
R
VV
satn
⋅−=K mạch trigger
Schmitt sẽ lật trạng thái lối ra xuống mức bão hòa âm –V
3sat
, Thế bão hòa âm này
hồi tiếp trở về lối vào mạch tích phân

, bây giờ thế lối vào mạch tích phân sẽ là:
0
1
11

3
'
1
<⋅−=
R
R
VV
sat
(4-12)
Lúc này thế ra mạch tích phân dốc lên theo quy luật:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 120 -

12
'
'
12
'
2
CR


1
1
1
tV
dtV
CR

V +=−=
∫
(4-13)
Khi V
2
’ đạt mức ngưỡng
4
3
32

R
R
VV
satn
⋅+= , trigger lật trạng thái lối ra lên
bão hòa dương, và trạng thái mạch lại trở về như ban đầu. Cứ như thế mạch tự duy trì
dao động. Lối ra mạch trigger ta thu được chuỗi xung vuông cân xứng V
3
. Lối ra
mạch tích phân ta thu đïc chuỗi xung tam giác V
2
.
Tần số của sóng lối ra được xác đònh bởi thời gian tụ C
1
nạp từ V
n1
tới V
n2
và
ngược lại. Ta có phương trình để tụ C

1
nạp tuyến tính là:

I
V
Ct
V
t
I
C
∆
=
∆
=
11
,
(4-14)

∆
V = V
n2
– V
n1
= 2V
n
(4-15)
Tần số dao động:


VRC

V
VC
I
t ∆∆
21
222
(4-16)
n n
tính theo biểu thức (4-8) ta sẽ có biểu
t mạch sẽ là:
f ===
1

1


1
Nếu thay ∆V = 2V
và chú ý rằng V
hức tính tần số dao động cực đại của

3
4
12
4 R
1
R
CR
f
⋅=

(4-17)


Ví du : Cho mạch dao động chủ như hình 4-5, trong đó C
1
= 0,1 µF; R
1
= 1K;
R
2
= 10K; Điện áp ngưỡng của trigger Schmitt là V
n
= ± 3V. Hãy tính tần số của sóng
C
= ±15V.
V
CC
– 1) = ± (15V – 1) = ± 14V;
– Khi con trượt ở đỉnh chiết áp R
:
I
2
= V
1
/ R
2
= 14V / 10K = 1,4 mA;
n1
1 2
= (0,1 µF x 6V) / 1,4 mA ≈ 0,43 ms;

f = 1/ 2t = 1 / (2 x0,43ms) ≈ 1,17kHz.
V
1
= 10% của V
3
= 10.14/100 = 1,4V;
( x4,3ms) ≈ 117Hz.
3.2. Bộ tạo hàm sin.
ra khi tiếp điểm động của R
1
ở đỉnh của chiết áp và khi nó ở 10% của R
1
kể từ đáy.
Cho điện áp nguồn nuôi là V
C
Ta có, V
3
= ± (
1
V
1
= V
3
= 14V,
∆V = V
n2
– V = 3V – (-3V) = 6 V;
t = C
∆V / I
– Khi con trượt ở 10% của R

1
.
I
2
= 1,4V / 10K = 0,14mA;
t = (0,1 µA x 6V) / 0,14mA ≈ 4,3 ms;
f = 1/ 2t = 1/ 2


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 121 -
Để nhận được sóng sin từ sóng tam giác người ta dùng bộ tạo hàm sin. Có 2
diode (hình 4-6) và phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính.
. Biến đổi sóng tam giác sang sóng sin
1
, D
2
và các điện trở R
3
, R
4
thì R
1
và R
bộ chia áp bình thường. Lúc này tín hiệu ra là một biến thể đã suy giảm của sóng tam
giác lối vào:
phương pháp chính là phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính nhờ ma trận điện trở-
Hình 4-6
Hoạt động của mạch tạo hàm nhờ phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến

tính trên hình 4-6 như sau:
Nếu không có mặt các diode D
2
là một

21
2
RR
R
VV
io
+
=
(4-18)
Khi có mặt D
1
, D
2
, R
2
, R
4
trong mạch thì hoạt động của R
1
và R
2
vẫn giống
như một bộ phân áp đơn giản cho tới khi điện áp hạ trên điện trở R
2
vượt quá giá trò

ngưỡng +V
1
. Lúc này D
1
được thiên áp thuận nên dẫn dòng và điện trở R
3
sẽ được
mắc song song với R
2
. Thế lối ra bây giờ sẽ là:

221
32
//
//

RRR
R
R
VV
≈
io
+
(4-19)
Trò số của đie ). Khi điện áp vào trên R
2

giảm x
h thường như
một bo

i
hi sụt áp V
R2
giảm xuống
dưới m –
1


än b y áp ra ò su giảm (kém dốc hơn
c +V
, diode D bò khóa, mạch lại
uống dưới mứ
1 1
hoạt động bìn
hia áp đơn giä c ản.
Tương tự, trong nửa chu kỳ âm của điện áp vào V
, k
ức V
, diode D
2
dẫn, làm R
4
// R
2
và thế lối ra sẽ là:

421
// RRR
42
//

R
R
VV
io
≈
+
(4-20)
Với R
3
= R
4
th g tương tự nửa dương.
e nhiều hơn với các mức ngưỡng khác nhau ta có thể tạo
được sóng ra có dạng gần đúng dạng sin. Trên hình 4-7 là mạch tạo hàm sin với ma
ì dạng sóng nửa chu kỳ âm có dạn
Khi dùng số mắt diod

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 122 -
trận 6 diode - 6 điện trở, với 3 mức ngưỡng dương và 3 mức ngưỡng âm. Ta thấy độ
dốc của sóng ra thay đổi 3 lần trong ¼ chu kỳ. Sóng ra có dạng gần sin.


Hình 4-7. Bộ tạo hàm sin trên 6 diode
àm sin là sử dụng phương pháp xấp xỉ hóa hình sin bằng
những
de có dạng đa thức bậc hai y = ax
2

+ bx + c (xấp xỉ từng đoạn bằng hàm
bậc 2), hoặc dùng đặc tuyến vôn – ampe của điện trở bán dẫn (v ristor
thức:











Cách thứ 2 để tạo h
đoạn không tuyến tính. Cơ sở của phương pháp này là chia hình sin ra làm
nhiều đoạn và mỗi đoạn thay bằng các hàm phi tuyến. Ví dụ, đường đặc trưng vôn –
ampe của dio
a ) có dạng đa
n
∑
=
=
n
xay
(xấp xỉ bằng các đoạn cong), hoặc dùng transistor trường FET có
n (độ méo hình sin nhỏ hơn), nhưng
thực hiện phức tạp hơn.

§ 4. M

i
ii
0
đặc tuyến vôn – ampe dạng y = asinx trong khoảng 0÷π⁄2.
So với phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính, phương pháp xấp xỉ từng
đoạn không tuyến tính có độ chính xác cao hơ
ÁY PHÁT XUNG

Các máy phát xung thường bao gồm mạch tạo xung vuông góc, bộ dao động
đa hài đơn ổn (monostable) và tầng lối ra với bộ suy giảm và dòch mức DC.
4.1. Đa hài phiếm đònh.
Mạch tạo xung vuông vóc trên đa hài phiếm đònh (astable) có sơ đồ nguyên lý
như trên hình 4-8.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 123 -

V
n2
V
n1
A
Hình 4-8. Mạch tạo xung vuông trên đa hài phiếm đònh
Mạch khuếch đại thuật toán

A và các điện trở R
2
, R
3

tác động như một trigger
Schmitt đảo, có các ngưỡng bằng sụt áp trên R
3
khi lối ra của khuếch đại thuật toán ở
mức bão hòa:

32
3
0
2,1
RR
R
VV
n
= m

+
(4-21)
Hoạt động của mạch như sau:
Khi thế lối ra của trigger ở mức bão hòa dương, dòng qua R
1
nạp cho tụ C
1
.
Thế trên tụ C
1
tăng theo quy luật:

⎟
⎟

⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
−
1

01
1
RC
t
C
eVV (4-22)
trigger chuyển trạng thái lối ra xuống bão
hòa âm. Tụ C
1
xả điện qua R
1
theo chiều ngược lại, đồng
Khi V
C1
đạt mức ngưỡng trên V
n2
thời thế bão hòa âm hồi
tiếp trơ
ù như thế mạch duy trì dao động, và lối ra của khuếch đại
thuật toán ta thu được dạng xung vuông góc, với chu kỳ lặp lại:

û về lối vào (+) đặt mức ngưỡng dưới V
n1
cho trigger. Khi thế trên tụ giảm
xuống bằng mức ngưỡng dưới V
n1
trigger lật trạng thái đưa lối ra từ bão hòa âm lên
mức bão hòa dương. Cư
∞
−
−
=
C
C
VV
V
V
RCT

0
ln 2
(4-23)
rong đó: V – điện áp nạp;

T
V
C0
– điện áp ban đầu trên tụ
V
C∞
– điện áp cuối cùng trên tụ ở thời điểm t.

Ví dụ: Mạch dao động đa hài trên hình 4-8 có: R
1
= 20K; R
2
= 6,2K; R
3
= 5,6K;
1
= 0,
V
o
= ± (V
CC
–1) = ±(12V – 1) = ± 11V;
Các ngưỡng của trigger Schmitt là:
C 2µF. Điện áp nguồn nuôi là V
CC
= ±12V. Tính tần số của xung vuông lối ra.
Ta có:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 124 -

V
KK
K
V
RR
R

VV
n
22,5
6,52,6
6,5
11
32
3
02,1
=
+
=
+
= mm

V
C0
= – 5,22 V;
V
C
∞
= +5,22 V;
V = 11 V;
Từ đó:

Hz
VV
VV
FKRC
f

C
121=
)22,5(11
22,511
ln
1,0202
1
V-V
V-V
ln
2
1
C0
1
−−
−
⋅×
==
∞
µ

4.2. Đa hài đơn ổn.
ïo sóng xung
vuông góc có sơ đồ nguyên lý như hình 4-9.

àu của mạch, lối ra của khuếch đại thuật toán sẽ ở mức bão hòa âm:

= – (V
CC
– 1V)

Tụ
2 o
= – (V
CC
– 1V) và duy trì trạng thái này
cho tới .

ung âm đưa vào lối vào đảo làm lối ra của khuếch
đại thuật toán đổi trạng thái từ bão hòa âm lên mức bão hòa dương +V
sat
. Lúc này
điện áp đầu vào không đảo trở thành:
V
i (+)
= (V
CC
– 1V) – [–(V
CC
– 1V)] = 2 (V
CC
– 1V).

Mạch đa hài đơn ổn hay còn gọi là mạch đơn hài dùng để ta
Bộ khuếch đại thuật toán có đầu vào đảo (-) được thiên áp dương V
B
(~ 1V),
còn đầu vào không đảo (+) được tiếp đất thông qua điện trở R
2
. Như vậy, với điều
kiện DC ban đa

V
o
= –V
sat
C
được nạp tới mức điện áp V
khi có tín hiệu kích thích lối vào
Khi có xung dương kích vào lối vào, qua mạch C
1
R
1
tín hiệu bò vi phân. D
1

xén phần ngọn xung dương. Phần x
Tụ C
2
phóng điện qua R
2
và nạp với cực tính ngược lại. Khi C
2
nạp, thế đầu
vào không đảo giảm về phía mức đất. Ngay khi thế giảm xuống dưới mức +V
B
đầu ra
khuếch đại thuật toán chuyển từ bão hòa dương +V
sat
xuống bão hòa âm –V
sat
. Lối ra

ta có một xung vuông với thời hạn phụ thuộc vào R
2
và C
2
:

∞
−
−
=
C
C
VV
V
V
CRt
0
22
ln
(4-24)
Ơ p cho tụ, nó bằng V
CC
V
C∞
điện áp đầu vào không đảo của
khuếch

– 1V) – V
B
.

Û đây: V – điện áp nạ
–1V
– điện áp cuối cùng trên tụ khi
đại thuật toán là +V
B;

V
C∞
= V
sat
– V
B
= (V
CC


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 125 -

2(V
CC
–
1V)

Hình 4-9. Đơn hài tạo xung vuông
Ví dụ: Mạch dao động đơn hài trên hình 4-9 có điện áp nguồn V
CC
= ± 10V;
V
B
= 1V; R
1
= 22K; R
2
= 10K; C
1
= 100pF; C
2
= 0,01µF;.
1) Hãy tính độ rộng xung lối ra.
2) Xác đònh C
2
để cho xung ra có độ rộng 6ms
1) Ta có: V = +( V
CC
– 1V) = +(10V – 1V) = 9V;
V

C0
= –(V
CC
–1V) = –9V;
V
C∞
= V
sat
– V
B
= (10V – 1V) – 1V = 8V;
Vậy:
s
VV
V
V
KF
VV
V
V
CRt
C
µ
289
9
)9(9
ln1001,0 ln
0
22
C

µ
8
=
−
−
−
××=
−
−
=
∞
.
2) Với t = 6ms giá trò của tụ C sẽ là:
t = 289
µ
s
2

F
VV
V
VV
R
C
µ
2,0
)9(9
ln
ms6
t

VV
C
8
K
V
C
9
ln10

2
2
=
−−
=
−
=

0
×
−
−
∞

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 126 -
4.3. Bộ suy giảm và dòch mức DC lối ra.
Để điều chỉnh biên độ xung và dòch mức DC, tín hiệu lối ra của máy phát
ung được đưa qua bộ suy giảm và dòch mức DC có sơ đồ như hình 4-10.
à dòch mức DC

ợc điều khiển nhờ chiết áp
R
5
và 2 .
đất, lối ra A
2
cũng

ở mức thế
.

–5V, xung ra sẽ đối xứng qua mức –5V, và
khi tiếp
bằng cách điều chỉnh chiết áp R
5
ta có thể dòch chuyển được mức DC của xung lối ra
dễ dàn
iên đ lối ra được điều chỉnh liên tục nhở chiết áp R
3
. Chuyển
iên độ.
§ 5. MÁY TẠO TÍN HIỆU RF

x
Hình 4-10. Bộ suy giảm v
Các bộ khuếch đại thuật toán A
1
và A
2
mắc kiểu lặp áp cho phép tạo trở

kháng ra của máy phát nhỏ. Mức DC của điện áp lối ra đư
điện trở R , R nối phân cực giữa
4 6
2 nguồn ±V
CC
Khi tiếp điểm động của chiết áp R
5
ở mức thế
đất, khiến xung lối ra từ A
1
đối xứng qua mức đất
Khi tiếp điểm động của R
5
ở mức
điểm động của R
5
ở mức +5V, xung ra sẽ đối xứng qua mức +5V. Như vậy,
g.
B ộ của xung
mạch S
1
cho phép thay đổi 2 khoảng b

5.1. Sơ đồ khối của máy tạo tín hiệu RF.
Máy tạo tín hiệu tần số sóng vô tuyến RF (radio frequency) có đầu ra sóng sin
với dải tần nằm trong khoảng từ 100kHz đến 40GHz. Sơ đồ khối của máy tạo sóng
RF như chỉ ra trên hình 4-11. Về đại thể, dụng cụ gồm có: bộ dao động RF, bộ
khuếch đại và bộ suy giảm đã hiệu chỉnh và máy đo mức đầu ra.
Bộ dao động RF có núm điều chỉnh tần số liên tục và công tắc dải tần số để
điều chỉnh tín hiệu ra tới tần số bất kỳ mong muốn.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -