GIÁO TRÌNH THỰC TẬP ĐIỆN TỬ & KỸ THUẬT SỐ 2 - Bài 19 pps

BÀI 19. SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ ĐIỆN THẾ VÀ ĐIỆN
THẾ TẦN SỐ (F TO V AND V TO F CONVERTER)


A. THIẾT BỊ SỬ DỤNG
1. Thiết bí chính cho thực tập điện tử tương tụ ATS - 11 N.
2. Khối thí nghiệm AE - 119N về bộ biến đổi V- F và F -V
3. Dao động kí hai tia, đồng hồ đo
4. Dây cắm hai đầu.
B. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
I. BỘ BIẾN ĐỔI TẦN SỐ ĐIỆN THẾ (FVC)
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi tần số thành điện thế.
Nguyên lý hoạt động
Để xác định giá trị tần số tức thời có thể sử dụng mạch RC như hình dưới đây

Hình A19-1: S
ơ đồ biến đổi điện thế thành tần số dùng mạch RC
Tín hiệu vào được hình thành chuẩn về biên độ và dạng U
m
để đảm bảo điện tích q
tương ứng với mỗi xung là không đổi khi nạp cho tụ điện C.
q = C(U
m
– U
10
) (19.1)
trong đó U
0
là điện thế ra.
Khi có f xung tới trong thời gian là 1s thì tổng điện tích trên tụ sẽ bằng:

Q = fC(U
m
– U
0
) (19.2)
Bởi vì dòng I bằng tổng điện tích dịch chuyển qua đơn vị tiết diện trong ls
I = Q/t = U
0
/R (19.3)

54
Ta có:

Để đảm bảo độ tuyến tính giữa tần số và điện thế U
0
, cần đảm bảo điều kiện U
0
<<
U
m
, khi đó (19.1) có dạng:


Từ biểu thức 19.6 ta thấy tín hiệu lối ra Um tỉ lệ với tần số tín hiệu vào
Giá trị tụ C và trỏ R xác định độ nhạy của sơ đồ, sai số đo và thời gian xác lập trạng
thái cân bằng của hệ thống.
Xung thế trên tụ được cho trên hình 19.1b. Sự thăng giáng điện thế ra xuất hiện do
quá trình phóng điện liên tục của tụ C qua R theo hàm mũ.
Khi tần số tín hiệu vào thấp tức là khoảng cách giữa 2 tín hiệu là lớn và điện thế ra
có sự mấp mô lớn để giảm sự mấp mô cần tăng giá trị của tụ C. Song thời gian xác lập

giá trị đo chậm lại hay nói khác đi thì thời gian quá độ của mạch là lớn, sai số đo ở vùng
này là 8 - 10%.

Hình A19-l: sơ đồ biến đổi tần số thành điện thế trên vi mạch LM2907
Khi tần số tín hiệu vào là lớn, độ mấp mô là nhỏ nên có thể chọn giá trị của tụ là
nhỏ hơn, sai số trong trường hợp này khoảng 2 - 4%.
Trong bài thực tập hình A19-2 là các bộ biến đổi tần số thành điện áp. Ở đây bộ

55
hình thành xung tín hiệu chính là IC555
Ngoài ra người ta còn dùng một IC chuyên dụng trong việc biến đổi tần số thành
điện thế và trong bài thực tập hình A19 - 1 ta cũng khảo sát một IC chuyên dụng đó là IC
LM2907 về nguyên tắc thì nó vẫn sử dụng mạch RC đã nêu ở trên.
Với vi mạch LM2907 ta có: U
0
= V
cc
.f.C8.R7.K
(K là hệ số khuếch đại K = 1 )
Tụ C9 được chọn ở giới hạn độ mấp mô điện thế ra cho phép và phản ứng thời gian
cần thiết.
Các bước thực hiện
1. Cấp nguồn + 1 2V cho mảng sơ đồ A19 - 1.

Hình A19-2: Sơ đồ biến đổi tần số thành điện thế

2. Nối mạch của sơ đồ A19 - 1 với mạch ATS - 11N như sau:
- Nối máy phát FUNCTION GENERATOR tới lối VÀO F-IN. Máy phát đặt ở chế
độ phát xung vuông góc, tần số 1K biên độ cực đại.
- Kênh 1 dao động kí nối tới lối vào F-IN. Kênh 2 dùng để quan sát tín hiệu tại lối ra

P-OUT, và U1, U2, U3.
- Dùng dây nối hai đầu nối đầu ra P-OUT của A19-1 tới lần lượt các lớp vào A, B
hoặc C.
3. Thay đổi tần số tín hiệu vào theo bảng A19- 1, xác định dạng tín hiệu và độ lớn
thế lối ra cho trường hợp không nối và có nối J1, J2.

56
Bảng A19-l
Tần số P-UOT→A,B,C 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 500KHz 1MHz
Dạng tín
hiệu ra
A
Độ lớn V
UOT
A
Dạng tín
hiệu ra
B
Độ lớn V
UOT
B
Dạng tín
hiệu ra
C
Độ lớn V
UOT
C

4. Căn cứ dạng tín hiệu ra, so sánh độ chính xác của sơ đồ cho tần số cao và thấp.
5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ thế ra (trục Y) và tần số tín hiệu vào trục X.

6. Nối P-OUT với chân P-IN (IC2) của sơ đồ A19-1 để khảo sát mạch biến đổi có
chất lượng cao hơn. Thay đổi tần số tín hiệu lối vào theo bảng A 19 - 2, xác định dạng
tín hiệu và độ lớn thế lối ra cho trường hợp không nối và có nối J1, J2.
Bảng A19-2
Tần số Nối J1, J2 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 500KHz 1MHz
Dạng tín hiệu ra J1 không nối
J2 không nối

Độ lớn Vout J1 không nối
J2 không nối

Dạng tín hiệu ra J1 nối
J2 không nối

Độ lớn Vout J1 nối
J2 không nối

Dạng tín hiệu ra J1 nối J2 nối
Độ lớn vòm J1 nối J2 nối

57
7. So sánh kết quả trong hai bảng A19-1 và A19-2. Nhận xét và giải thích kết qua.
II. BỘ BIẾN ĐỔI SỐ THẾ - TẦN SỐ (VFC)
Nhiệm vụ
Tìm hiểu nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi điện thế thành tần số tín hiệu.
Nguyên lý hoạt động
Sơ đồ biến đổi điện thế thành tần số có thể được thực hiện trên bộ khuếch đại thuật
toán LM741 và Timer LM555 (hình A19 - 2). Điện thế ban đầu được nạp cho tụ C3 trên
mạch tích phân với IC1. Tụ C3 mắc song song với khoá điện tử T1, cho phép tụ C3
phóng điện khi có tín hiệu điều khiển từ lối ra IC2.

Kết quả là điện thế vào tạo ra sự phóng nạp liên tục trên mạch tích phân và được
hình thành để nhận chuỗi xung ra có tần số tỉ lệ với điện thế vào.
Sơ đồ hình A19 -4 sử dụng vi mạch LF351 và LM331 để cho khoảng đo rộng hơn
và độ chính xác cao hơn.
Các bước thực hiện
II.1 Bộ biến đổi VFC sử dụng IC555
1. Cấp nguồn -5V, ±12V cho mảng sơ đồ A19-2

Hình A 19- 3: Bộ biến đổi điện thế - tần số.

2. Nối lối vào IN với nguồn -5V của ATS -11N.
3. Nối kênh 1 của dao động kí với lối vào IN. Kênh 2 dùng để quan sát tín hiệu tại
lối ra OUT.

58
4. Vặn biến trở P1 để thay đổi điện thế vào, đo giá trị điện thế vào và tần số ra
tương ứng. Có thể sử dụng máy đo tần số để đo tần số lối ra.
5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan giữa tần số tín hiệu ra (trục Y) và điện thế vào
(trục X).
6. Giải thích nguyên tắc của sơ đồ.
II.2 Bộ biến đổi VFC sử dụng LM331
1. Cấp nguồn -5V, ± 12V cho mảng sơ đồ A19-3

Hình A19-4: Bộ biến đổi điện thế thành tần số dùng LM331.

2. Nối lối vào IN với nguồn -5V của ATS - 11 N.
3. Kênh 1 của dao động kí nối tới lối vào IN, kênh 2 nối tới lối ra OUT.
4. Vặn biến trở P1 để thay đổi điện thế vào, đo giá trị thế vào, và tần số ra tương
ứng.
5. Lập đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa tần số tín hiệu ra (trục Y), và điện thế vào

(trục X).
6. Giải thích nguyên tắc hoạt động của sơ đồ.

59