Bài giảng : CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ part 5 pdf

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 89
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.
•T
1
, T
3
, T
5
, T
7
, tín hiệu vào kênh A đượctạo
ra trên màn
•T
2
, T
4
, T
6
, tín hiệu vào kênh B đượctạora
trên màn
•Các dạng sóng ở kênh A và B được hiện
hình như những đường đứt nét. Khi tần số
chuyển mạch là cao tần Ækhông thể nhận ra
những chỗ đứt nét
•f
th

nhỏ: ảnh hiện trên màn MHS gần như liên
tục
•f
th
lớn; nf
cm
≠ mf
th
: các đoạn ngắt bị lấp do
độ dư huy của ống và độ lưu ảnh của mắt.
Chú ý: đối với tín hiệu cao tầnthìkiểu luân
phiên là tốtnhất, còn đối với tín hiệutầnsố
thấp thì nên dùng chuyểnmạch ngắt quãng
Hình 4.15
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 90
Chuyển mạch điện tử phân đường
theo thời gian:
(a)
(b)
(c)
(d)
Hình 4.17 -Giản đồ thờigian
Hình 4.16 - SơđồkhốiCM điệntử phân
đường theo thờigian
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn

GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 91
•Mỗi kênh tín hiệu được cộng thêm một lượng điện áp 1 chiều E khác nhau
Æ các đường biểu diễn trên màn hình MHS được tách riêng từng đường,
hình (a).
•Sau đó tín hiệu được đưa đến mạch cửa, và chỉ qua được cửa khi có tín
hiệu mở cửa từ bộ Phát sóng chuyển mạch.
•Tín hiệu mở cửa là các xung vuông có thời gian xuất hiện xen kẽ và lần
lượt cho từng cửa một, hình (b).
•Tại mỗi th
ời điểm chỉ có duy nhất 1 cửa được mở và cho tín hiệu của một
kênh đi qua.
• Bộ tổng cộng các tín hiệu ở đầu ra các cửa, U
YΣ
có dạng xung với biên độ tỉ
lệ với giá trị của các tín hiệu cần quan sát tại thời điểm có xung mở cửa
tương ứng với các kênh, hình (c).
• Sau khi khuếch đại Y, MHS có được hình biểu diễn tín hiệu của các kênh
dưới dạng đường nét đứt, hình (c).
•MHS làm việc ở chế độ đồng bộ với chu kì của tín hiệu cần quan sát và
không đồng bộ với tín hiệu chuyển mạch.
• Dùng những xung có
độ rộng rất nhỏ (U
Z
) được tạo ra từ mạch vi phân từ
các xung mở cửa đưa vào kênh Z để điều chế độ sáng của ảnh, hình (d).
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh

BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 92
Chuyển mạch điện tử phân đường theo mức:
E
n
Hình 4.18 - SơđồkhốiCM điệntử
phân đường theo mức
Hình 4.19 - Giản đồ thờigian
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 93
•Phần hiển thị là Ống truyền hình làm lệch bằng từ trường
• Nguyên lí hoạt động: chuyển các giá trị tức thời của tín hiệu các kênh
thành các chuỗi xung rất hẹp xuất hiện tại các thời điểm mà tuỳ thuộc
vào điện áp tín hiệu nghiên cứu. Các xung này được đưa vào để
khống chế độ sáng của ống hiện hình.
•Mỗi kênh tín hiệu được cộng thêm một lượng đ
iện áp 1 chiều E khác
nhau, rồi đưa đến so sánh với tín hiệu là xung răng cưa đưa tới từ bộ
KĐ lệch đứng của MHS (tín hiệu quét dòng).
•Mỗi khi U
RC
= U
th
, thì ở đầu ra của bộ so sánh sẽ xuất hiện một xung
hẹp. Các xung hẹp này được cộng với nhau rồi đưa vào khống chế
độ sáng của ống hiện hình.
•Tại thời điểm có xung, trên màn hình xuất hiện một chấm sáng trong

khi bình thường thì tối. Vết của chấm sáng trên màn hình biểu diễn
hình điện áp của các tín hiệu cần quan sát.
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 94
Hình 4.19.1 – Máy hiện sóng
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 95
4.4. Ôxilô điệntử số:
1. Ưu điểm:
•Duy trìảnh của tín hiệu trên màn hình với khoảng thời gian không
hạn chế.
•Tốc độ đọc có thể thay đổi trong giới hạn rộng
•Cóthể xem lại các đoạn hình ảnh lưu giữ với tốc độ thấp hơn nhiều
• Hình ảnh tốt hơn, tương phản hơn so với loại ôxilô tương tự
•Vận hành đơn giản
•Số liệu c
ần quan sát dưới dạng số có thể được xử lí trong ôxilô hoặc
truyền trực tiếp vào máy tính khi ghép ôxilô với máy tính.
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 96
2. Cấu tạo và hoạt động:

Chuyểnmạch S ở vị trí 1: Ôxilô đa năng thông thường
Chuyểnmạch S ở vị trí 2: Ôxilô có nhớ số.
• Điện áp cần quan sát được đưa tới đầu vào Y, tới bộ ADC. Lúc đó bộ điều
khiển gửi 1 lệnh tới đầu vào điều khiển của bộ ADC và khởi động quá trình
biến đổi. Kết quả là điện áp tín hiệu
được số hoá. Khi kết thúc quá trình biến
đổi, bộ ADC gửi tín hiệu kết thúc tới bộ điều khiển.
•Mỗi số nhị phân được chuyển tới bộ nhớ và được nhớởvị trí ô nhớ riêng biệt.
Hình 4.20 – Máy hiện sóng sốđơngiản
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 97
•Khi cần thiết, một lệnh từ bộ điều khiển làm cho các số nhị
phân này sắp xếp theo chuỗi lại theo thứ tự đã xác định và
được đưa đến bộ DAC
• DAC biến đổi các giá trị nhị phân thành điệnáptương tựđể
đưa qua bộ khuếch đại Y tới cặp phiếnlàmlệch Y của ống tia
điệntử.
•Do bộ nhớđược liên tiếp quét nhiềul
ần trong 1 giây nên màn
hình được sáng liên tụcvàhiệndạng sóng là hình vẽ các điểm
sáng.
• Nhược điểm: dải tầnbị hạnchế (khoảng 1-10MHz) do tốc độ
biến đổi củabộ ADC thấp.
Hiện nay, các ôxilô có nhớ số có dải tầnrộng được phát triển
nhờ cài đặtVXL, cácbộ biến đổi ADC có tốc độ biến đổi nhanh
hơn
Chương 4. Máy hiện sóng (Ôxilô)

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 98
• Khái niệm chung
• Đo tần số, sử dụng:
•Các mạch điện có tham số phụ thuộc tần số
•Phương pháp so sánh
•Phương pháp số
• Đo độ di pha, sử dụng:
•Phương pháp đo khoảng thời gian
• Pha mét chỉ thị số
•Phương pháp vẽ dao động đồ
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 99
5.1. Khái niệm chung
•Tầnsố là số chu kì của 1 dao động trong một đơn vị thời gian.
•Tầnsố góc: biểuthị tốc độ biến đổi pha củadao động
là tần số góc tức thời và tần số tức thời
• Quan hệ giữa tần số và bước sóng:
hay
• Quan hệ giữa chu kì và tần số:
Đặc điểm của phép đo tần số:
• là phép đo có độ chính xác cao nhất trong kĩ thu
ật đo lường nhờ sự phát triển
vượt bậc của việc chế tạo các mẫu tần số có độ chính xác và ổn định cao.
•Lượng trình đo rộng (đến 3.10

11
Hz). Lượng trình đo được phân thành các
dải tần số khác nhau.
()
tω
()
dt
d
t
ϕ
=ω
()
(
)
tft π=ω 2
(
)
(
)
tft ,
ω
λ
=
c
f
f
c
=λ
T
f

1
=
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 100
Các dải tần số:
•Dải tần thấp: < 16Hz
•Dải tần số âm thanh: 16 Hz < f < 20 KHz
•Dải tần số siêu âm: 20 KHz < f < 200 KHz
•Dải tần số cao: 200 KHz < f < 30 MHz
•Dải tần số siêu cao: 30 MHz < f < 3000 MHz
•Dải tần số quang học: > 3GHz
Các dải tần số khác nhau có các phương pháp đo tần số khác nhau.
Bao gồm:
¾ Nhóm phương pháp đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ
thuộc tần số
¾ Nhóm phương pháp so sánh
¾ Nhóm phương pháp số
Phép đo tần số thường được sử dụng để kiểm tra, hiệu chuẩn các máy
tạo tín hiệu đo lường, các máy thu phát; xác định tần số cộng hưởng
của các mạch dao động; xác định dải thông của bộ lọc; kiểm tra độ
lệch tần số của các thiết bị đang khai thác
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 101
5.2. Đo tần số bằng các mạch điện có tham số phụ

thuộc tần số
5.2.1. Phương pháp cầu
Dùng các cầu đo mà điều kiện cân bằng của cầu
phụ thuộc vào tần số nguồn điện cung cấp cho cầu.
* Mạch cầu tổng quát:
Điều kiện cân bằng cầu:
VD1:
0
4231
=
→=
AB
UZZZZ
Điều kiện cân bằng cầu:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ω
−ω+=
=
3
33
4231
1

C
LjRZ
RRZR
x
Z
1
Z
3
Z
4
Z
2
Hình 5-1
3
Hình 5-2
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 102
Điều chuẩn nhánh cộng hưởng nối tiếp cho cộng hưởng tại tần số cần đo f
x

(điều chỉnh C
3
).
Khi đó
Bộ chỉ thị cân bằng là vôn mét chỉnh lưu, vôn mét điện tử.
Như
ợc điểm:

• Khó đo được tần số thấp do khó chế tạo cuộn cảm có L lớn ở tần số
thấp.
•Khóthực hiện chỉ thị 0 do có tác động của điện từ trường lên cuộn
cảm
4231
RRRR
=
33
RZ
=
3
3
2
11
CL
f
C
L
x
x
x
xx
π
=⇒
ω
=ω
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 103
VD2:
Điều kiện cân bằng cầu:
Chọn
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
ω
+=
ω+
4
4
'
2
33
3
'
1
1
1
.
Rj
RR
CRj
RR

xx
4
3
3
4
'
2
'
1
C
C
R
R
R
R
+=⇒
433
4
1
RRC
C
x
x
ω=
ω
và
4343
1
2
CCRR

f
xx
=π=ω⇒
CCC
=
=
43
RRR ==
43
và
ta có:
Hình 5-3
V
RC
f
x
π
=
2
1
2
'
2
'
1
=
R
R
;
11

'
1 R
VRR +=
22
'
2 R
VRR +=
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
V
R1
,V
R2
là phần điệntrở củabiếntrở V
R
trên nhánh 1,2 tương ứng
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 104
VD3: Cầu T kép
Điều kiện cân bằng cầu:
Khi :
Thang độ của biến trở R
1
được khắc độ trực tiếp theo đơn vị tần số.
Phương pháp cầu dùng để đo tần số từ vài chục Hz đến vài trăm Khz.
Sai số: (0,5-1)%
⎪
⎩
⎪

⎨
⎧
=ω
=ω
12
2
21
2
1
2
21
2
2
2
RRC
CCR
x
x
12
2RR
=
12
2CC =
và
11
2
1
CR
x
=ω

11
4
1
CR
f
x
π
=
Hình 5-4
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 105
5.2.2. Phương pháp cộng hưởng
Dùng để đo tần số cao và siêu cao
Nguyên tắc chung: dựa vào nguyên lý
chọnlọctầnsố củamạch cộng hưởng.
•Khốicơ bảncủatầnsố một này là mạch cộng hưởng.
Mạch này đượckíchthíchbằng dao động lấytừ
nguồncótầnsố cần đo thông qua Kh
ối ghép tín hiệu.
•Việc điềuchỉnh để thiếtlậptrạng thái cộng hưởng nhờ dùng Khối điều
chuẩn.
•Hiệntượng cộng hưởng được phát hiệnbằng Khốichỉ thị cộng hưởng.
Khối này thường là Vônmét tách sóng.
•Tuỳ theo dảitầnsố mà cấutạocủamạch cộng hưởng khác nhau. Có 3
loạimạch cộng hưởng:
¾ Mạch cộng hưởng có L, C tập trung
¾ Mạch cộng hưởng có L, C phân bố

¾ Mạch cộng hưởng có L phân bố, C tập trung.
U
(fx)
Khối
ghép tín
hiệu
Chỉ thị
CH
Mạch
CH
Điều
chuẩn
Hình 5-5
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 106
1. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số tập trung
+ C và L đềulàcáclinhkiện có thông số
tập trung. Bộ phận điềuchỉnh cộng hưởng chính
là tụ biến đổi C có thang khắc độ theo đợnvị tầnsố.
+ U
fx
được ghép vào mạch cộng hưởng thông qua
cuộn ghép Lg.
+ Mạch chỉ thị cộng hưởng là mạch ghép hỗ cảm
giữacuộn dây L
2
và L và được tách sóng bằng điốt

và chỉ thị bằng cơ cấu đotừ điện.
+ Khi đotađưaU
fx
vào và điềuchỉnh tụ C để mạch
cộng hưởng. Khi đócơ cấu đosẽ chỉ thị cực đại.
Lg L
L
2
U
fx
C
D
Tụđiều
chỉnh
Chỉ thị cộng
hưởng
+ Tầnsố mét loại này thường dùng trong dải sóng: 10 kHz ÷500 MHz.
+ Sai số: (0,25-3)%
Hình 5-6
LC
f
x
π
=
2
1
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1

Trang 107
P
Vg
V®
l
t®
+ Các chỗ ghép đều ở gầnvị trí nốitắtcố định sao cho các vị trí này gần
vớivị trí bụng sóng để khi có chiều dài tương đương l
td
=λ/2 thỡ thiếtbị chỉ
thị sẽ chỉ cực đại.
+ Khi dịch chuyển pít tông với độ dài bằng bộisố nguyên lần λ/2 sẽ đạt
cộng hưởng Æcó thể xác định bước sóng bằng cách lấy2 điểmcộng
hưởng lân cậnl
1
=nλ/2; l
2
=(n-1) λ/2 ⇒ l
1
-l
2
=λ/2
+ Kếtquả bước sóng đo đượccủatínhiệusiêucaotầnxđ bởicôngthức:
λ=2(l
1
-l
2
)
Hình 5-7
2. Tầnsố mét cộng hưởng có tham số phân

bố dùng cáp đồng trục.
+ ở đây mạch cộng hưởng là 1 đoạncápđồng
trụccónốitắt1 đầu, đầukiađượcnốibằng 1 pít
tông P có thể dịch chuyểndọctrụcbởihệ thống
răng cưaxoắn ốccókhắc độ.
+ vòng ghép Vg đưa t/h vào, còn vòng ghép Vđ
ghép t/h ra mạch chỉ thị c
ộng hưởng.
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 108
+Bước sóng (hoặctầnsố) đượckhắc độ trựctiếptrênhệ thống điềuchỉnh pít
tông.
+Tầnsố mét loạinàythường dùng trong dải sóng từ 3cm - 20cm
+Do có hệ số phẩmchất cao (khoảng 5000) nên sai số củanókhoảng 0,5%.
3. T
ầnsố mét cộng hưởng có tham số phân bố dùng ống dẫn sóng
P
V®
l
t®
G
§
+ ống dẫn sóng có thể là loại ống dẫn sóng chữ
nhật hay ống dẫn sóng tròn.
+ Piston P có thể điềuchỉnh dọc theo ống bởihệ
thống róng cưaxoắn ốc đượckhắc độ tầnsố.
Năng lượng kích thích hốccộng hưởng được ghép

qua lỗ hổng G trên thành đượcnốitắtcủa ống.
+ Khi điềuchỉnh piston P để có l
td
=nλ/2 thì thiếtbị
chỉ thị sẽ chỉ cực đại.
+Tầnsố mét vớihốccộng hưởng thích hợpvớidải
sóng nhỏ hơn3cm.
+Do cóhệ số phẩmchất cao (khoảng 30000) nên
sai số củanónhỏ khoảng (0,01÷0,05)%.
Hình 5-8
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 109
-Khi đó: với n
Y
, n
X
nguyên dương
n
Y
: số giao điểm của đường cắt dọc với ảnh
n
X
: số giao điểm của đường cắt ngang với ảnh
-Tổng quát: f
X
: tầnsốđưa vào kênh lệch ngang X
f

Y
: tầnsốđưa vào kênh lệch đứng Y
X
Y
x
m
n
n
f
f
=
X
Y
Y
X
n
n
f
f
=
5.3. Đo tần số bằng phương pháp so sánh
Phương pháp quét sin:
-MHS đặt ở chếđộkhuếch đại.
- Điệnápcótầnsố cần đo U
fx
được đưa vào kênh
Y, điệnápcótầnsố mẫuU
fm
đưa vào kênh X.
-Hình ảnh nhận được trên màn là hình Lixazu.

Thay đổi f
m
sao cho trên màn nhận đượchình
Lixazu ổn định nhất.
n
Y
=4, n
X
=2
Hình 5-9
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: Ths. TrầnThụcLinh
BỘ MÔN: KTĐT - KHOA KTĐT1
Trang 110
5.4. Đo tầnsố bằng phương pháp số
Là p
2
hiện đại và thông dụng nhất để đo tầnsố
Ưu điểm:
 Độ chính xác cao
 Độ nhạylớn
 Tốc độ đo lớn, tựđộng hoá hoàn toàn trong quá trình đo
 Kếtquảđo hiểnthị dưới dạng số
Phân lo
ại:
 Phương pháp xác định nhiềuchukỳ
 Phương pháp xác định mộtchukỳ
Chương 5. Đo tầnsố, khoảng thời gian & độ di pha