KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TS. LƯU THẾ VINH - 5 ppt

Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 85 -
4
3
21 7
8
6
5
C
Z
A
B
O
Hình 2-67. Công tơ 3 pha với cơ cấu 3 đóa cảm ứng

6.5. Biến dòng và biến áp đo lường.
6.5.1. Khái niệm chung.
Trong mạch điện xoay chiều, để mở rộng giới bạn đo của các dụng cụ người
ta sử dụng các biến áp đo lường. Nhiệm vụ của các biến áp và biến dòng là chuyển
các giá trò điện áp và dòng điện lớn về các giá trò nhỏ hơn để phù hợp với mạch đo.
Các biến dòng và biến áp đo lường còn có tác dụng cách ly mạch điện cao áp
với dụng cụ đo để bảo đảm an toàn cho người sử dụng.
Về nguyên lý cấu tạo, các biến dòng và biến áp đo lường giống như các biến
áp động lực.
6.5.2. Biến dòng TI.
Biến dòng TI được áp dụng để mở rộng giới hạn đo dòng cho các dụng cụ đo.
Sơ đồ nguyên lý của biến dòng TI và cách mắc trong mạch đo như hình vẽ 2-68.
Cuộn sơ cấp W
1
của TI mắc nối tiếp với tải Z. Cuộn thứ cấp W
2
được khép kín

bằng ampemét hoặc cuộn dòng của wattmét điện động, hoặc cuộn dòng của công tơ
điện.
Vì điện trở của cuộn thứ cấp rất nhỏ
nên có thể coi điều kiện làm việc bình
thường của máy biến dòng là chế độ ngắn
mạch cuộn thứ cấp.
Cuộn sơ cấp của biến dòng cần phải
được cách điện tốt với cuộn thứ và với vỏ
máy. Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 86 -
người ta nối đất vỏ máy và một đầu cuộn thứ cấp.
Hình 2-68
Điện áp thứ cấp của biến dòng thường từ 1-6V. Dòng sơ cấp thay đổi theo tải,
còn dòng thứ cấp của mọi máy biến dòng
được thiết lập ở chế độ đònh mức là 5 A
hoặc 1A.
Thông số cơ bản của biến dòng là hệ số biến dòng đònh mức:

n
n
I
I
I
k
2
1
=

(2-66)
với I
1n
và I
2n
là trò số đònh mức của dòng sơ cấp và dòng thứ cấp của TI.
Hệ số biến dòng đònh mức k
I
khác với hệ số biến áp k
21
= W
2
/W
1
một lượng
không đáng kể, và trong thực tế với độ chính xác cho phép thường lấy k = k
21
.
Khi đo, dụng cụ đo được mắc vào cuộn
thứ cấp của TI. Giá trò của dòng cần đo sẽ bằng
số chỉ của dụng cụ nhân với hệ số biến dòng đònh
mức ghi trên dụng cụ.
Máy biến dòng cấu tạo theo nhiều dạng
khác nhau, như loại cố đònh, loại xách tay. Để
tiện lợi khi sử dụng người ta thiết kế tổ hợp biến
dòng với dụng cụ đo trong cùng một dụng cụ đo
hợp bộ như ampemét kìm. Trên hình 2-69 là hình
dáng của ampemét kìm Ц-91.
–Chú ý. Chế độ làm việc đònh mức của máy biến
dòng TI là chế độ ngắn mạch cuộn thứ cấp. Do

đó nếu tháo gỡ ampemét ra khỏi biến dòng TI
cần nối tắt 2 đầu dây cuộn thứ, tránh ảnh hưởng
của dòng từ hóa I
0
làm tổn hao từ đốt nóng TI.
H
ình 2-69. Ampemét kìm Ц-91


6.5.3. Biến áp đo lường TU.
Biến áp đo lường được dùng để mở rộng thang đo cho các dụng cụ khi làm
việc với lưới điện cao thế.
Cấu tạo và cách mắc biến áp vào mạch đo như trên hình 2-70. Cuộn sơ cấp
W
1
mắc vào lưới điện cần đo, còn cuộn thứ cấp W
2
được mắc với đồng hồ đo vôn kế.
Giá trò điện áp đònh mức đối với cuộn sơ
cấp của TU theo ГОСТ từ 380 V ÷ 500kV. Với
các điện áp đònh mức nhỏ hơn 3kV áp dụng chất
cách điện khô, còn khi điện áp cao hơn 3kV phải
sử dụng chất cách điện là dầu. Khi điện áp đònh
mức cuộn sơ là 35kV dùng máy biến áp một cấp,
với các điện áp 110kV và cao hơn phải sử dụng
các máy biến áp từ 2 cấp trở lên.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 87 -

Giá trò điện áp thứ cấp U
2
đònh mức với các biến áp TU là 100V hoặc
3100 V. Bình thường TU làm việc ở chế độ gần như hở mạch vì điện trở của vôn kế
vô cùng lớn. Điều kiện làm việc bình thường của
TU rất khác với TI. Đối với TI dòng sơ cấp I
1
có
thể biến thiên trong phạm vi khá rộng, tùy theo
phụ tải. Còn với TU thông thường làm việc với điện áp bên sơ cấp biến đổi không
nhiều.
Hình 2-70. Biến điện áp TU
Thông số cơ bản của TU là hệ số biến áp đònh mức:

n
n
U
U
U
k
2
1
=

Trong thực tế các máy biến áp đo lường TU được sản suất với các cấp chính
xác 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1 và 3.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 88 -


CHƯƠNG III: QUAN SÁT VÀ GHI DẠNG TÍN HIỆU

1. DAO ĐỘNG KÝ ĐIỆN TỬ
Trong kỹ thuật đo lường điện và vô tuyến điện, một trong những yêu cầu cơ
bản để xác đònh tín hiệu là quan sát dạng và đo các tham số của tín hiệu. Các tín hiệu
điện và vô tuyến điện là những hàm biến thiên theo thời gian. Do vậy, nếu thực hiện
được một thiết bò để vẽ trực tiếp đồ thò biến thiên của tín hiệu theo thời gian thì có
thể quan sát được hình dạng và đo lường được các thông số đặc tính của nó.
Thiết bò cho phép quan sát và đo đạc các tham số của tín hiệu là máy hiện
sóng hay dao động ký điện tử (oscilloscope)
. Dao động ký điện tử là thiết bò đo thực
hiện vẽ dao động đồ và hiện hình dạng sóng tín hiệu nhờ ống tia điện tử CRT
(Cathode Ray Tube). Dao động ký điện tử có thể đo hàng loạt các thông số của tín
hiệu: trò đỉnh, trò tức thời của điện áp, dòng điện; đo thời hạn xung, tần số, đo di pha,
đo hệ số điều chế biên độ, vẽ đặc tuyến các linh kiện.
Nhờ trở kháng lối vào rất lớn nên phép đo có ưu điểm không làm ảnh hưởng
tới chế độ công tác của mạch.
Nhờ độ nhạy cao dao động ký điện tử cho phép khảo sát các quá trình rất yếu
cả tuần hoàn lẫn quá trình xung với khả năng phân biệt cao.
Các dao động ký điện tử được phân loại theo các dấu hiệu khác nhau:
– Phân loại theo dãi tần: tần cao, tần thấp;
– Phân loại theo kênh đo: 1 kênh, 2 kênh, nhiều kênh;
– Phân loại theo số tia điện tử: 1 tia hay nhiều tia;
– Loại có nhớ hay không có nhớ.

Nhờ các đặc tính quý báu như trên nên dao động ký điện tử là thiết bò đo cơ
bản và quan trọng không thể thiếu trong các phòng thí nghiệm điện tử.
Sơ đồ khối chức năng của dao động ký điện tử 1 chùm tia chỉ ra trên hình 3-1.
Khuếch đại
kênh Y
đồng bộ
Đồng bộ
ngoài
Khuếch đại
Tạo chuẩn
thời gian
Đồng bộ trong
Đồng bộ lưới
50Hz
Quét đợi
Quét liên tục
Khuếch đại
kênh X
Đầu vào Y
Đầu vào X
Y
Y
X
X
Lưới M
HV

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 89 -

Hình 3-1. Dao động ký điện tư.û

§ 2. TẦNG KHUẾCH ĐẠI KÊNH Y
Sơ đồ nguyên lý của tầng khuếch đại kênh Y như hình 3-2.
Hình 3-2. Tầng khuếch đại kênh Y

Điện áp cần khảo sát qua mạch lối vào (DC hoặc AC), sau đó qua bộ suy
giảm và đưa vào tầng khuếch đại vi sai trên các transistor Q
2,
,

Q
3
. Các transistor Q
1

và Q
4
là các mạch gánh emiter để tạo trở kháng vào lớn.
Khi thế lối vào V
i
= 0, ta có V
B1
= 0. Điều chỉnh biến trở R
10
sao cho V
B4
= 0.
Lúc đó 2 nửa vi sai cân bằng, I
C2

= I
C3
. Sụt áp trên R
3
và R
6
cho ta các điện áp trên
collector của Q
1
và Q
2
tương ứng bằng nhau. Do đó V
C2
– V
C3
= 0V.
Khi có tín hiệu vào theo chiều dương, làm thế đáy V
B2
tăng, I
C2
tăng dẫn đến
I
C3
giảm. Dòng I
C2
tăng khiến V
C2
giảm dưới mức đất, trái lại, dòng I
C3
giảm khiến

V
C3
tăng trên mức đất. Nếu ∆V
C2
= –1V thì ∆V
C3
= +1V, nghóa là có 2 điện áp ngược
chiều nhau đặt trên collector của Q
2
và Q
3
. Hiệu điện thế này sẽ đặt lên 2 phiến lệch
đứng YY của ống tia điện tử.
Chiết áp R
10
làm nhiệm vụ điều chỉnh mức DC. Khi tiếp điểm động của R
10
ở
giữa, V
B4
= 0 (ở mức thế đất). Khi tiếp điểm động của R
10
dòch chuyển lên phía trên,
V
B4
> 0 , V
B3
tăng theo chiều dương làm I
C3
tăng, nên I

C2
giảm, V
C3
giảm và V
C2
tăng.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 90 -
Thế này đặt vào phiến lái tia làm chùm electron lệch lên trên tâm màn hình, kết quả
toàn bộ hình vẽ nâng lên trên mức DC bình thường. Ngược lại, khi tiếp điểm động
của R
10
dòch xuống phía dưới làm mức DC và toàn bộ hình vẽ dòch xuống dưới.
§ 3. HIỆN HÌNH DẠNG SÓNG

Nguyên tắc vẽ dao động đồ của dao động ký điện tử có thể minh họa trên
hình 3-3.
3.1. Khi chưa có tín hiệu đặt vào các phiến lái tia XX và YY thì chùm tia điện
tử sẽ đập vào giữa tâm màn hình. Trên màn có 1 vết sáng tròn (hình 3-
3,a);
a) b)
c)
d)
Hình 3-3

3.2. Khi đặt một điện áp quét dạng răng cưa U
x
vào phiến lệch ngang XX,

chùm tia điện tử sẽ di chuyển theo phương ngang và vẽ nên một vệt sáng nằm
ngang trên màn hình. Đây là chế độ quét đợi thường trực của máy hiện sóng
(hình 3-3,b).
3.3. Khi chỉ có điện áp xoay chiều hình sin U
y
đặt vào phiến lệch đứng YY, chùm
tia điện tử sẽ di chuyển theo phương thẳng đứng với tần số của điện áp hình sin.
Trên màn hình sẽ có 1 vệt sáng thẳng đứng (hình 3-3,c).
3.4. Nếu trên phiến XX tác động điện áp quét U
x
, trên phiến lệch đứng YY đặt điện
áp xoay chiều hình sin U
y
. Khi có sự đồng bộ giữa U
x
và U
y
thì trên màn hình ta sẽ
quan sát được dạng sóng của điện áp hình sin (hình 3-3,d). Tùy thuộc vào tỷ số tần số
giữa điện áp quét U
x
và điện áp hình sin U
y
mà trên màn hình ta sẽ quan sát được số
chu kỳ của điện áp U
y
.
–Ví dụ. Một sóng tam giác 500 Hz với biên độ đỉnh 50V được đưa vào phiến lệch
đứng YY của ống tia điện tử CRT. Trên các tấm lệch ngang XX đặt vào điện áp
quét răng cưa tần số 250Hz, biên độ đỉnh 50V. CRT có độ nhạy lái tia đứng S

y

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 91 -
= 0,1 cm/V; độ nhạy lái tia ngang S
x
= 0,08 cm/V. Giả sử hai tín hiệu được đồng bộ
hóa. Hãy xác đònh và vẽ dạng sóng trên màn hình.
Ta có: Chu kỳ của sóng quét răng cưa (hình 3-4,a) là:
T
x
= 1/f
x
= 1/ 250 Hz = 4 ms
Với sóng tam giác (hình 3-4,b): T
y
= 1/f
y
= 1/500 Hz = 2 ms;
+50V
0
-1 2 ,5
-2 5
-3 7 ,5
-5 0 V
+40V
-4 0 V
12
0

34
ms
1
2
3
4
5
6
7
8
9
a)
b)
c)
y
x0
Hình 3-4. Nguyên tắc hiện hình dạng sóng
Chùm tia điện tử sẽ dòch chuyển theo sự điều khiển của điện áp đặt vào các
phiến lệch đứng và lệch ngang. Gọi tọa độ của điểm sáng trên màn hình theo các
trục tọa độ Oxy tương ứng. Ta hãy xét các thời điểm sau:
– Tại thời điểm t = 0 , điện áp đặt vào các phiến lệch đứng và lệch ngang tương ứng
là:
V
y
= 0V; V
x
= -50V.
Như vậy, độ lệch đứng của tia điện tử y = 0, còn độ lệch ngang là:
x = V
x

. S
x
= -50 V . 0,08 cm/V = -4 cm.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 92 -
Vò trí của điểm sáng trên màn hình (điểm 1) có tọa độ (-4, 0).
– Khi t = 0,5ms:
V
x
= -37,5V; V
y
= 40V.
Toạ độ của chùm tia điện tử bây giờ sẽ là:
x = V
x
. S
x
= -37,5. 0,08 = -3 cm;
y = V
y
. S
y
= 40 . 0,1 = 4 cm.
Điểm 2 trên màn hình có tọa độ (-3, 4).
– Tại t = 1 ms (điểm 3); V
x
= -25V, V
y

= 0V, x= -25. 0,08 = -2cm, y = 0; ứng
với tọa độ (-2, 0).
– Tại t = 1,5 ms (điểm 4) ; x = -12,5 . 0,08 = -1cm; y=-40. 0,1 = -4cm.
– Tại t = 2 ms (điểm 5); x = 0; y = 0. v.v…
– cho đến thời điểm t = 4 ms (điểm 9), khi đó điểm sáng trên màn hình sẽ có tọa
độ tương ứng với (x=4cm, y=0). Trên bảng 3-1 chỉ ra các tham số tương ứng
với những tính toán nói trên.
Bảng 3-1
Thời điểm
(ms)
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
Điện áp V
xx
(V)
-50 -37,5 -25 -12,5 0 12,5 25 37,5 50
Điện áp V
yy
(V)
0 40 0 -40 0 40 0 -40 0
Độ lệch ngang
x (cm)
-4 -3 -2 -1 0 11 2 3 4
Độ lệch đứng
y (cm)
0 4 0 -4 0 4 0 -4 0
Điểm sáng 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Đồ thò dạng sóng hiện hình trên dao động ký điện tử chỉ ra trên hình 3-4, c cho
thấy sau một chu kỳ của điện áp quét răng cưa V
x

trên màn hình ta nhận được 2 chu
kỳ của điện áp sóng tam giác V
y
.

§ 4. BỘ TẠO GỐC THỜI GIAN
4.1. Bộ tạo dao động quét răng cưa.
Sơ đồ nguyên lý của mạch tạo dao động răng cưa chỉ ra trên hình 3-5. Mạch
gồm 2 khối chức năng chính là: bộ tạo sóng quét răng cưa và trigger Schmitt không
đảo. Điện áp lối ra của mạch tạo sóng quét răng cưa V
1
được đưa vào lối vào của
trigger Schmitt. Do độ lợi của mạch khuếch đại thuật toán rất lớn ( ∼20.000) nên mỗi
thay đổi nhỏ giữa 2 lối vào của trigger cũng làm cho lối ra của nó ở mức bão hòa.
–Nguyên tắc hoạt động. Mạch tạo sóng quét răng cưa hoạt động trên cơ sở nạp và
phóng của tụ điện. Transistor Q
1
và các điện trở thiên áp cho nó tạo nên nguồn dòng

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 93 -
ổn I
1
để nạp cho tụ C
1
. Transistor Q
2
đóng vai trò khóa xả cho tụ C
1

và được điều
khiển bởi xung lối ra của trigger schmitt.
Ở trạng thái ban đầu thế lối ra của trigger ở mức bão hòa âm, Q
2
khóa, C
1

được nạp bằng dòng I
1
. Thế trên tụ tăng tuyến tính theo quy luật:

1
1
1
C
tI
V
=∆
(3-1)
Khi thế trên tụ đạt mức ngưỡng của trigger schmitt :

5
6
1
)1(
R
R
VVV
CCngC
−±==

(3-2)
Trigger chuyển trạng thái lối ra lên bão hòa dương. Thế bão hòa này làm cho
transistor Q
2
nhanh chóng dẫn thông bão hòa, mở đường cho tụ C
1
xả nhanh qua Q
2
.
Khi thế trên tụ C
1
giảm xuống mức ngưỡng dưới kích trigger chuyển trạng thái lối ra
sang bão hòa âm, cấm Q
2
và tụ C
1
lại được nạp lại. Cứ như thế lối ra trên collector Q
1

ta có dạng sóng răng cưa với mặt trước tăng tuyến tính, mặt sau gần như dốc đứng.
Để thay đổi chu kỳ sóng quét răng cưa, ta có thể thay đổi nguồn dòng I
1
bằng
cách điều chỉnh biến trở R
3
, hoặc thay đổi thời hằng của mạch nạp nhờ chuyển mạch
tụ C
1
( núm chuyển mạch TIME/DIV trên mặt máy – xem hình 3-5).

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Mức n
g
ưỡn
g
dưới
Mức n
g
ưỡn
g
trên
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 94 -
Hình 3-5. Nguyên lý của mạch tạo sóng quét
–Ví dụ. Mạch tạo sóng quét trên hình 3-5 có: R
1
=2,2 K; R
2
= 4,5K; R
3
=4,2K; C1 =
0,25µF, R
5
= 27K; R
6
= 3,9K. Điện áp nguồn nuôi ±V
CC
= ±15V. Các transistor Q
1
và

Q
2
là transistor Si. Hãy tính biên độ đỉnh – đỉnh V
PP
và chu kỳ dạng sóng răng cưa T.
Ta có: Điện áp ngưỡng của trigger schmitt:

V
K
K
R
R
VV
CCng
2
7,2
9,3
)115()1(
5
6
±=−±=−±=

Biên độ đỉnh-đỉnh của điện áp răng cưa sẽ là:
V
PP
= 2 V
ng
= 2 x 2V = 4V
Điện áp trên đáy của Q
1

là:

).( 4,9V
21
21
1
1
thiết giả với
BBCCB
II
RR
R
VV <<=
+
=

Nguồn dòng:
mA
K
V
V
R
V
V
I
BEB
C
1
2,4
7,09,4

3
1
1
=
−
=
−
=


PP
VV 4
1
=
∆


ms
mA
F
I
C
V
T
C
1
1
25,04
1
11

=
⋅
=
⋅
∆
=
µ

4.2. Bộ tạo gốc thời gian tự động.
Để hiện hình chính xác dạng sóng, cần thực hiện đồng bộ hóa giữa sóng quét
răng cưa và tín hiệu cần khảo sát. Khi mất đồng bộ hình sẽ bò trôi rất khó quan sát.
Sự đồng bộ hóa được thực hiện nhờ đầu vào đồng bộ của mạch trigger Schmitt ở hình
3-5. Sơ đồ khối của bộ tạo gốc thời gian tự động minh họa trên hình 3-6.
Điện áp cần nghiên cứu được đưa vào bộ khuếch đại đứng YY và bộ khuếch
đại khởi động của bộ tạo gốc thời gian. Bộ khuếch đại khởi động có đầu ra vi sai vớí
2 điện áp ngược pha nhau V
01
và V
02
. Điều chỉnh hệ số khuếch đại để đạt bão hòa
sao cho sóng lối ra bò cắt đỉnh tới mức gần vuông. Chuyển mạch S
2
chọn sóng V
01

hay V
02
đưa vào trigger schmitt (có các ngưỡng V
n1
và V

n2
nằm đối xứng qua mức
đất). Tín hiệu lối ra của trigger schmitt là sóng vuông đồng bộ hóa chính xác với tín
hiệu đưa vào các phiến lệch đứng YY. Sóng vuông qua mạch vi phân sau đó qua
mạch cắt phần xung dương, lấy phần xung mũi âm để đưa vào lối vào đồng bộ của
mạch tạo sóng quét răng cưa.
Tín hiệu ra từ mạch tạo sóng quét V
2
(xem hình 3-5) lối ra của trigger schmitt
là dạng xung được đảo và vi phân, tạo thành xung dương trong thời gian quét thuận
và xung âm trong thời gian quét ngược đưa về lưới điều chế M của CRT. Các xung
âm (xung xóa) sẽ kéo lưới xuống mức âm đủ để xóa hoàn toàn chùm electron trong
thời gian quét ngược.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 95 -



Trên hình 3-7 minh họa sự đồng bộ hóa sóng quét răng cưa và sóng tín hiệu
cần nghiên cứu, khi hiện hình một chu kỳ (hình 3-7,a) và hiện 2 chu kỳ (hình 3-7,b).

Xung quét
Ngưỡng khởi
động trên
Ngưỡng khởi
động dưới
Xung nhọn
bò xóa

Dạng sóng hiện
trên màn hình
Dạng sóng vào
Xung mũi
đồng bộ
Hình 3-7. Đồng bộ hóa sóng quét răng cưa và tín hiệu nghiên cứu

H
ình 3-6. Bộ tạo gốc thời gian tự động

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 96 -

§ 5. DAO DỘNG KÝ NHIỀU KÊNH
Thông thường các dao động ký điện tử được thiết kế nhiều kênh để có thể
hiện hình đồng thời từ 2 dạng sóng trở lên. Các dao động ký nhiều kênh cho phép dễ
dàng quan sát, so sánh và đo đạc các tham số của các tín hiệu một cách đồng thời;
chẳng hạn có thể quan sát đồng thời tín hiệu lối vào và tín hiệu lối ra của một bộ
khuếch đại, một bộ biến đổi điện tử, hay một mạng tứ cực nói chung; từ đó dễ dàng
xác đònh được các tham số đặc tính của mạch.
Đối với dao động ký 2 kênh, có thể thực hiện theo 2 phương pháp:
5.1. Ống tia điện tử CRT được thiết kế với 2 súng phóng điện tử, 2 kênh điều
khiển lệch đứng riêng biệt và một kênh lệch ngang chung (hình 3-8). Trường hợp
này dao động ký còn gọi là máy hiện sóng 2 chùm tia.
5.2. Ống tia điện tử với 1 súng điện tử, nhưng được tách thành 2 kênh nhờ một bộ
chuyển mạch điện tử. Tần số chuyển mạch được điều khiển nhờ bộ tạo gốc
thời gian (hình 3-9).

Hình 3-8. Dao động ký với CRT có 2 kênh riêng biệt

Hình 3-9. Dao động ký với 2 kênh dùng chuyển mạch điện tử

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 97 -


Với dao động ký đa kênh kiểu dùng chuyển mạch điện tử, hoạt động của bộ
tạo quét có thể thực hiện theo một trong hai chế độ hoặc là quét kiểu luân phiên
hoặc là quét theo kiểu ngắt quảng (chop mode switching).
Trên hình 3-10 minh họa nguyên tắc hoạt động của kiểu quét luân phiên,
trong đó: V
A
– dạng sóng sin đưa vào kênh A, chu kỳ T; V
B
– Dạng sóng tam giác đưa
vào kênh B. Cả 2 sóng được đồng bộ hóa và được dòch mức DC. Điện áp đưa vào
kênh A là V
A
được dòch lên trên mức đất, còn điện áp V
B
dòch xuống dưới mức đất
(hình 3-10,a). Bộ chuyển mạch cho thế V
A
từ kênh A vào khuếch đại đứng trong
khoảng thời gian từ 0 ÷ t
1
, và cho thế V
B

từ kênh B vào khuếch đại đứng trong
khoảng thời gian từ t
1
÷ t
2
(hình

3-10,c). Tần số lặp lại của chuyển mạch đủ lớn cho
phép các dạng sóng có vẻ hiện một cách đồng thời trên màn hình (hình 3-10,d).
V
A
V
B
Điện áp quét
Điện áp vào
khuếch đại
khuếch Y
Dạng sóng
hiện trên màn
hình
a)
b)
c)
d)
Hình 3-10. Kiểu quét luân phiên Hình 3-11. Kiểu quét ngắt quảng
V
A
V
B
Điện áp

chuyển mạch
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
Dạng sóng
hiện với tín
hiệu cao tần

Trong chế độ quét kiểu ngắt quảng thì hoạt động của mạch được minh họa
trên hình 3-11. Trong thời gian t
1
bộ chuyển mạch cho tín hiệu kênh A đưa vào kênh
khuếch đại đứng, trong thời gian t
2
cho tín hiệu kênh B, sau đó tiếp tục tín hiệu kênh
A vào trong thời gian t
3
và tín hiệu kênh B vào trong thời gian t
4

, v.v… Cứ như thế
dạng sóng vào được lượng tử hóa theo tần số của điện áp chuyển mạch, và hình dạng
sóng đối với các tín hiệu cao tần có dạng như chỉ ra trên hình 3-11. Đối với các tín
hiệu tần thấp vết gián đoạn là không nhìn thấy.
Như vậy, chế độ quét luân phiên thích hợp đối với các tín hiệu cao tần, còn
kiểu ngắt quảng tốt đối với các tín hiệu tần thấp.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 98 -


§ 6. ĐẦU DÒ CỦA DAO ĐỘNG KÝ
6.1. Đầu dò 1:1.
Khác với các máy đo thông thường, các đầu đo của dao động ký điện tử làm
bằng cáp đồng trục nối với đầu dò (probe). Mỗi probe có 2 đầu nối: đầu vào và đầu
tiếp đất. Đầu tiếp đất nối với màn chắn của cáp, còn đầu vào nối với lõi của cáp
đồng trục dùng để đẫn tín hiệu cần đo (hình 3-12).
Hình 3-12. Đầu dòø(probe) 1:1 của dao động ký điện tử.
Kiểu đầu dò này được gọi là đầu dò 1:1. Mạch điện tương đương của đầu dò
khi nối với nguồn tín hiệu như trên hình 3-13. Cáp đồng trục có một điện dung tương
đương C
cc
mà giá trò của nó cỡ hàng trăm picôFara. Trở kháng vào của máy hiện
sóng thường là 1MΩ mắc song song với một điện dung cỡ 30pF. Trở kháng toàn phần
do cáp đồng trục và đầu vào của máy hiện sóng phải đảm bảo luôn luôn lớn hơn
nhiều so với trở kháng của nguồn tín hiệu. Nếu điều kiện trên không thỏa mãn tín
hiệu sẽ bò suy giảm và pha sẽ bò dòch chuyển khi nối với máy hiện sóng.

Hình 3-13. Mạch tương đương của đầu dò khi nối với nguồn tín hiệu

Ở những tần số mà dung kháng của các tụ (C
cc
+ C
i
) lớn hơn nhiều so với các
điện trở thuần R
s
và R
i
thì ảnh hưởng của điện dung không đáng kể. Điện áp lối vào
máy hiện sóng là:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 99 -
h
3-14. Mạch đầu dò suy giảm 10:1 của máy hiện sóng.

is
i
si
RR
R
VV
+
= (3-3)

Với sự tăng của tần số tín hiệu, dung kháng sẽ nhỏ dần và tín hiệu vào sẽ bò
suy giảm đáng kể khi truyền qua probe. Ở tần số mà dung kháng bằng R
s

tín hiệu sẽ
bò suy giảm 3dB và bò dòch pha 45
o
.
6.2. Đầu dò suy giảm.
Đầu dò suy giảm dùng để giảm mức tín hiệu vào theo một hệ số nhất đònh,
thường là tỷ lệ 10:1. Sơ đồ mạch nối đầu dò suy giảm 10:1 với nguồn tín hiệu, sơ đồ
tương đương và cấu tạo của probe chỉ ra trên hình 3-14.

n hiệu,a) Sơ đồ nối đầu dò với nguồn tí
b)
Sơ đo
à
tương đương,





Ở dải tần thấp và trung bình, ảnh hưởng của các điện dung là nhỏ, nên không
gây ảnh hưởng nhiều đến việc truyền dẫn tín hiệu. Điện áp vào máy hiện sóng là:
Rs
R1
Ri
C1
C2
Vs
Vi
C = C + C
2 i cc

b)
c)
a)
is
i
si
RRR
R
VV
++
=
1
(3-4)
Khi R
s
<< R
1
thì:

i
i
si
RR
R
VV
+
≈
1
(3-5)
Với R

1
= 9MΩ và R
i
= 1MΩ, thì:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 100 -

10
s
si
19
1
V
MM
M
=
Ω+Ω
Ω
VV =

Độ suy giảm tín hiệu do ảnh hưởng của các tụ điện độc lập có thể xác đònh
như sau:

1)/(/1/1
122121
+++ CCCC
1
/1

2
2
=== V
C
V
X
XX
VV
SS
Si
C
CC
ωω
ω
;

21
1
CC
C

VV
Si
+
=
. (3-6)
ó C
2
là điện dung tương đương của cáp đồng trục C
cc

và điện dung vào
của máy hiện sóng C
i
. Khi mạch tụ làm suy giảm tín hiệu theo cùng tỷ lệ như mạch
đ

Trong đ
iện trở thì từ (3-5) và (3-6) ta có:

21
1
1

CC
C
RR
R
i
i
+
=
+
(3-7)
Nếu vẽ giản đồ pha có thể thấy rõ điện áp trên tụ C
và R là cùng pha và
bằng nhau về mặt biên độ. Như vậy tụ C
2 i
1
bù trừ hoàn toàn sự có mặt của tụ C
2

. Nói
cách khác, sự suy giảm do ảnh hưởng của tụ C
2
được
của tụ C
được tính theo hệ thức:
bù trừ nhờ điện dung C
1
. Giá trò
1

1
21
C
R
R
C
i
=
(3-8)
Trên hình 3-14,c là cấu tạo điển hình của một đầu dò suy giảm. C là điện
dung giữa các ống trụ kim loại đồng tâm mắc song song với R
1
1
.
:1 khác và
hình 3-15. Trong trường hợp này, C
là tụ cố đònh, còn tụ biến đổi phụ C mắc song

Một kiểu đầu dò suy giảm 10 mạch tương đương của nó vẽ trên

1 3
song với C
i
và C
cc
.
Hình 3-15. Đầu dò 10:1 – sơ đồ mạch và đầu vào của máy hiện sóng
6.3. Đầu dò chủ động (Active probe).
Đầu dò chủ động chứa các bộ khuếch đại điện tử nhằm tăng trở kháng lối vào
các tầng
vào FET, hoặc khuếch đại thuật toán đầu vào FET được mắc theo kiểu lặp áp. Trở
kháng vào thông thường từ 1MΩ ÷ 10MΩ //3,5pF. Phải có nguồn nuôi cho bộ khuếch
đại hoạt động. Nguồn nuôi này có thể lấy từ máy hiện sóng hoặc tạo bộ nguồn riêng.
và giảm thiểu điện dung vào. Trong các đầu dò chủ động hiện đại sử dụng

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 101 -

§ 7. DAO DỘNG KÝ CÓ NHỚ
7.1. Dao động ký có nhớ dạng tương tự.
Trong thực tế kỹ thuật có những trường hợp cần phải nghiên cứu những tín
hiệu không lặp lại, những biến cố đơn. Để có thể lưu giữ được dạng tín hiệu người ta
sư

û dụng các dao động ký có nhớ dạng tương tự.
Ta biết rằng đối với các dao động ký thông thường, sự phát sáng huỳnh quang
a điện tử có năng lượng đủ lớn đập vào. Thời
thuộc vào bản chất của chất huỳnh quang
và đ

sáng hai trạng thái ổn đònh.
Hình 3-16. CRT nhớ tương tự kiểu lưu sáng hai trạng thái ổn đònh
Thuật ngữ hai trạng thái ổn đònh dùng cho các CRT có thể hoạt động ở một
trong 2 trạng thái có nhớ và không có nhớ.
Ngoài các bộ phận thông thường như trong các CRT của các dao động ký khác
(súng điện tử write gun – súng viết, và các hệ thống lái tia), trong ống CRT của dao
động ký lưu trữ còn có thêm các bộ phận:
7.1.1. Hệ thống súng tưới hay súng phun (flood gun) đặt phía sau tấm lái tia
có năng
áng huỳnh quang.
Hoạt
Khi c u
(bia), màn sẽ
quang sẽ xảy những chỗ bò kích hoạt
trên màn hình xảy ra khi được chùm ti
gian phát sáng chỉ cỡ miligiây và nó phụ
ược đặc trưng bằng độ dư huy của chất đó.
Trong các dao động ký có nhớ. CRT được chế tạo đặc biệt cho phép hình ảnh
trên màn huỳnh quang có thể lưu sáng hàng giờ hoặc lâu hơn. Trên hình 3-16 minh
họa cấu trúc của CRT loại nhớ tương tự kiểu lưu
Write gun
Ống chuẩn trực
Flood gun
Bia Đế bia (ZnO
2
)

lệch đứng. Nhiệm vụ của súng tưới là tạo ra các electron
lượng thấp tưới đều khắp màn hình. Do các electron có năng lượng
thấp nên không đủ gây phát s

7.1.2. Màn lưu trữ. Được cấu tạo từ một lớp mỏng ôxýt kẽm (ZnO
2
) trên phủ
chất huỳnh quang. Lớp oxýt kẽm gọi là đế bia, màn huỳnh quang gọi
là bia.
động của CRT loại lưu sáng như sau:
h øm tia điện tử từ súng viết có năng lượng cao bắn tới màn huỳnh quang
phát sáng tại những điểm bò electron đập vào. Đồng thời với việc phát
ra sự phát xạ các electron thứ cấp. Màn (bia) tại

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 102 -
do mất o
dạng của tín h
súng phun phát ra sẽ được hút về phía đường tích điện dương trên bia và chạy về đế
bia có thế dương hơn. Khi đi qua lớp nhớ huỳnh quang chúng làm cho phốt pho tiếp
electr n nên tích điện dương. Nói cách khác một đường tích điện dương có
iệu vào sẽ được vạch ra trên màn huỳnh quang. Chùm tia điện tử từ
tục phát sáng. Như vậy mặc dù tín hiệu vào đã tắt, nhưng trên màn hình ta vẫn giữ
được dạng sóng của nó.
7.2. Dao động ký có nhớ dạng số
Sơ đồ khối của dao động ký số được chỉ ra trên hình 3-17. Hoạt động của máy
như sau:
Điện áp tín hiệu cần nghiên cứu sau khi qua mạch lối vào sẽ được lấy mẫu và
được biến đổi sang dạng số nhờ khối biến đổi ADC (Analog to Digital Converter).
Mã số lối ra của ADC được lưu trữ trong bộ nhớ RAM với đòa chỉ xác đònh bởi bộ
đếm.
, bộ điều khiển đọc đòa chỉ bộ đếm sẽ gọi
). Tín hiệu tương tự lối ra của DAC sẽ qua mạch khuếch đại Y để đưa vào

Hình 3-17. Dao động ký lưu trữ dạng số
Dao động ký cũng hoạt động ở 2 chế độ nhớ và không nhớ. Trường hợp không
nhớ tín hiệu vào trực tiếp đưa vào kênh khuếch đại Y để đưa vào điều khiển phiến
lệch YY của CRT.
§ 8. DỤNG CỤ GHI BIỂU ĐỒ
Khi muốn đưa dữ liệu ra màn hình
đòa chỉ trong RAM đưa số liệu qua mạch biến đổi số tương tự DAC (Digital to Analog
Converter
kênh lệch đứng YY của CRT, đồng thời bộ điều khiển khởi phát bộ tạo gốc thời gian
để tạo sóng quét đưa vào kênh lệch ngang XX. Trên màn hình ta sẽ quan sát được
dạng sóng đã lưu trữ.

X
HV
Y
KĐ
Vào
kênh Y
Lấy mẫu ADC
RAM
DAC
kênh Y
Vào Y
Y
X
ĐẾM
CONTROL
Gốc
thời gian

KĐ
kênh X

8.1. Máy ghi biểu đồ trên băng kiểu điện kế
Nguyên tắc của máy ghi biểu đồ trên băng giấy kiểu điện kế dùng bút ghi chỉ
ra trên hình 3-18. Trên trục của một điện kế khung quay từ điện gắn một bút vẽ, đầu

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 103 -
bút tì lên giấy như hình vẽ. Dưới tác dụng của điện áp đặt vào, khung dây sẽ quay và
kéo theo bút vẽ vạch lên giấy. Độ lệch của bút sẽ tỷ lệ thuận với điện áp đặt vào
khung dây. Khi tờ giấy chạy với tốc độ không đổi dưới bút vẽ thì dạng sóng của điện
áp vào sẽ được vẽ ra trên giấy. Do sự chuyển động của giấy tỷ lệ với thời gian nên
iểu đồ theo tọa độ x(t).


Hình 3-18. Máy ghi biểu đồ trên băng giấy kiểu điện kế.
Một phương pháp khác để vẽ đồ thò trên băng giấy minh họa trên hình 3-19.
rong trường hợp này hệ thống làm lệch là một điện kế nhỏ có gương quay kiểu chỉ
ò bằng ánh sáng thay cho bút vẽ. Một hệ thống quang học điều tiêu chính xác chùm
a sáng tử ngoại chiếu lên gương và phản chiếu lên băng giấy ảnh, kết quả thu được
ûnh của tín hiệu nghiên cứu trên băng giấy ảnh.
dụng cụ trên còn được gọi là máy ghi b

T
th
ti
a


Hình 3-19. Máy ghi biểu đồ trên băng dùng tia sáng.
Ưu điểm chủ yếu của phương pháp này là hệ thống cho phép ghi các dạng
sóng với tần số cao tới 5kHz, trong khi máy ghi kiểu dùng bút bò hạn chế tối đa là
200Hz. Tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi phải có loại giấy ảnh xử lý đặc biệt.
Ngoài phần cơ khí để điều khiển sự dòch chuyển của băng giấy thì phần còn
lại của máy ghi giống như cơ cấu của một vôn kế điện tử tương tự. Sơ đồ mạch điều
khiển điện kế dùng cho máy ghi như hình 3-20.
Bộ suy giảm để thay đổi khoảng điện áp lối vào và được điều chỉnh để cho
các tầm đo 1cm/V; 2cm/V hoặc 0,1cm/V; v.v…

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 104 -
Hệ thống điều khiển kéo băng giấy dùng mô tơ và các hệ thống truyền động
bánh răng để kéo giấy được điều khiển bằng dòng điện nhờ các biến trở. Có thể điều
chỉnh tốc độ dòch chuyển của băng giấy ở mức cao tớiø 5cm/s, hoặc ở mức thấp tới
5cm/h.

Ngoài ra còn có thêm một hệ thống cơ khí để nâng và hạ bút.

Hình 3-20. Mạch điều khiển điện kế dùng cho máy ghi biểu đồ
8.2. Má ghi biểu đồ trên băng kiểu chiết áp.
Hoạt động của máy ghi biểu đồ trên băng giấy kiểu chiết áp theo ngu yên t
biến trở tự cân bằng. Sơ đồ nguyên lý của dụng cụ chỉ ra trên hình 3-21
Bút ghi được gắn trên một dây kéo và chuyển động nhờ mô tơ. Đầu giữ
gắn với đầu con trượt của một biến trở chiết áp. Hai đầu của chiết áp đặt dưới ng
điện áp một chiều (±E). Điện áp lấy ra từ đầu con trượt thông qua một dây điện
mạch khuếch đại lặp lại để đưa vào một mạch cộng điện áp.

ra c ch cộng áp là I
2
, I
3
và I
4
, ta

ắc
bút
uồn
trở
nhỏ qua
Mô tơ kéo điều khiển bút ghi hoạt động dưới sự tác động của điện áp trên lối
ủa bộ khuếch đại cộng. Ký hiệu các dòng lối vào mạ
có điện áp lối ra của mạch cộng là:

;)(

432
2
54325
⎟
⎟
⎠
⎜
⎜
⎝
++−=++−=
RRR
RIIIRV
F
i
o
(3-9)
Nếu
R
2
= R
3
= R
4
= R
5
, thì

V
o
= – (V

2
+ V
i
+ V
F
)
⎞
⎛
V
V
V
(3-10)
chiết áp. Nếu bút bò lệch ra khỏi vò trí cân bằng
thì giá trò của V
khác 0, điều đó dẫn tới thế lối ra mạch cộng V
o
làm cho mô tơ trợ động sẽ quay theo chiều cần thiết để sao cho V
F
trở về không. Khi
biến tr
1 2 o
Giả sử điện áp vào V
i
= 0, chiết áp R
1
ở giữa để cho V
2
= 0. Nếu đầu giữ bút
ở điểm giữa chiết áp dây trượt thỉ ta có V
F

= 0. Như vậy theo (3-4) ta có V
o
= 0, mô
tơ đứng yên và bút ở vò trí chính giữa
F
sẽ sẽ khác không
V
F
= 0 mô tơ sẽ đứng yên.
Bây giờ giả sử bút vẽ nằm yên ở tâm của biểu đồ, V
F
= V
i
= 0. Điều chỉnh
ở R để sao cho V = +E/2, thế lối ra mạch cộng bây giờ là V = –E/2 sẽ kích

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 105 -
hoạt mô tơ quay theo chiều sao cho bút đưa con trượt biến trở về phía –E. Khi thế
V
F
=–E/2 thì điện áp lối ra bộ cộng lại bằng không, mô tơ ngừng quay và bút ghi nằm
ở một vò trí xác đònh.

Hình 3-21. Máy ghi biểu đồ dùng nguyên tắc biến trở tự cân bằng

Như vậy, khi V
F
= –V

2
, thì không có tín hiệu ra của bộ khuếch đại để dẫn
động động cơ trợ động, bút đứng yên. Bây giờ, nếu chỉnh R
1
sao cho V
2
= –E/2 hoặc
V
2
= –E, thì bút sẽ bò kéo về các điểm ứng với V
F
= +E/2 hoặc +E tương ứng. Biến trở
R
1
đóng vai trò biến trở điều chỉnh vò trí ban đầu của bút vẽ trên băng giấy.
Bây giờ xét tín hiệu vào V
i
, thông qua tầng khuếch đại/suy giảm để đưa vào
mạch cộng. Giả sử V
i
> 0, thế lối ra bộ khuếch đại là –V
i
sẽ điều khiển mô tơ quay
sao cho bút d
ùt sẽ
lối vào V
i
là một đại lượng biến thiên chậm thì bút sẽ di chuyển liên
tục sao
c tín hiệu

biến đổi rất chậm dưới 10Hz.
òch chuyển về phía –E. Khi V
F
= –V
i
thì mô tơ ngừng quay và bu
dừng. Nếu thế
cho V
F
= –V
i
, kết quả sẽ vẽ nên dạng sóng biến thiên của V
i
trên băng giấy.
Ưu điểm của dụng cụ là độ chính xác cao hơn nhiều so với kiểu điện kế. Theo
lý thuyết thì có thể đạt ±0,2% so với kiểu điện kế là ±2%.
Nhược điểm là đáp tuyến tần số rất thấp, thường chỉ áp dụng cho cá

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