Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 5 docx

Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 65 -
v
n
= V
n
cos 2
π
f
n
t
Như vậy điện áp đưa vào mạch đo sẽ có dạng:
V
i
= V
0
+ V
n
cos 2
π
f
n
t
Sau khi qua mạch biến đổi V/F, số đếm ở bộ đếm là:
N
x
= f
x
T =
α
V
i

Số đếm trung bình trong một chu kỳ là:

∫∫
==
T
i
T
x
dtV
T
dtN
T
n
00
1
α

Tf
T
V
VtdtfVdtV
T
n
n
n
TT
nn
⋅+=
⎥
⎦

⎤
⎢
⎣
⎡
+=
∫∫
π
α
απ
α
2sin2cos
0
00
0
(2-45)
Từ biểu thức (2-45) ta có:

0
VS
α
=
– Tín hiệu cần đo;

Tf
T
V
N
n
n
⋅=

π
α
2sin
– Can nhiễu
Độ chống nhiễu của sơ đồ;

Tf
T
V
V
N
S
Q
n
n
π
α
α
2sin
0
==

(2-46)
Muốn Q → ∞ thì sin 2
π
f
n
.T → 0, tức là ta có 2
π
f

n
.T = 2k
π
; (k nguyên)

T = k/f
n
= k T
n
(2-47)
Như vậy, nếu chọn thời gian mở cửa chọn xung, tức chu kỳ đếm xung bằng
một số nguyên lần chu kỳ nhiễu ta có thể loại bỏ được hoàn toàn nhiễu có chu kỳ.
4.2.5. Đo điện áp 2 dấu nhờ bộ đếm lên xuống.
Sơ đồ nguyên lý mạch đo chỉ ra trên hình 2-42.












ĐIỀU KHIỂN
V/F
Đếm lên xuống Ghi
Fát giác 0

Vi
2
1
+
G. mã,
chỉ thò
Vo - chuẩn
K
Hình 2-42. Đo điện áp 2 dấu nhờ bộ đếm lên xuống.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 66 -
Mạch trên cho phép đo điện áp có dấu (+) hoặc dấu (-). Giả sử ban đầu bộ
điều khiển đóng khóa K ở vò trí 1. Thế vào mạch biến đổi V/F là V
0
, tần số lối ra
tương ứng là f
0
. Xung vào bộ đếm trong khoảng thời gian mở cửa τ. Bộ đếm thực hiện
đếm lên trong khoảng thời gian τ. Kết quả đếm đưa qua mạch ghi trong thời gian τ là
N = f
0
τ. Hết thời gian τ, bộ điều khiển đảo mạch khóa K sang vò trí 2. Lúc này thế
vào mạch biến đổi V/F sẽ là:
V
i
+ V
0
> V
0

nếu V
i
> 0
V
i
+ V
0
< V
0
nếu V
i
< 0.
Nếu V
i
> 0, tần số lối ra của mạch biến đổi V/F là: f = f
0
+
∆
f
Nếu V
i
< 0, tần số lối ra của mạch biến đổi V/F là: f = f
0
–
∆
f,
Trong đó ∆f =
α
⏐V
i

⏐. Bộ đếm thực hiện đếm xuống. Nếu V
i
< 0, số chứa
trong bộ đếm sẽ qua 0 và mạch phát giác 0 sẽ phát hiện để cho chỉ thò dấu (–). Hết
thời gian đếm xuống kết quả trong bộ nhớ sẽ là ∆f.
4.3. Phương pháp biến đổi điện áp sang khoảng thời gian (V-T).
4.3.1. Phương pháp tạo hàm dốc.
a.Nguyên tắc. Điện áp cần đo được biến đổi thành khoảng thời gian tương đương.
Đo khoảng thời gian này bằng cách đếm số xung đồng hồ đã biết chính xác tần
số.
b.Sơ đồ cấu trúc
Sơ đồ cấu trúc của một vôn kế số sử dụng phương pháp biến đổi điện áp sang
khoảng thời gian chỉ ra trên hình 2-43.


+
-
+
-
Mạch vào
FF
Đếm Chốt
G. mã
Chỉ thò
Clock
ĐIỀU KHIỂN
OSC
răng cưa
SS1
SS2

V
i









Hình 2-43. Vôn kế dùng phương pháp biến đổi V-T

c) Hoạt động.
Bộ so sánh 1 (SS1) dùng để so sánh điện áp vào V
i
với điện áp răng cưa từ bộ
tạo áp răng cưa đưa tới. So sánh 2 (SS2) dùng để so sánh điện áp răng cưa với mức 0.
Phép đo được thực hiện theo chu trình. Đầu mỗi chu trình lối ra của 2 bộ so sánh đều
ở mức “0”.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 67 -
Giả sử điện áp vào Vi > 0 và điện áp răng cưa đi từ (-) sang (+) (hình 2-44, a).
Khi điện áp răng cưa đi qua 0, mạch SS2 phát hiện đảo trạng thái lối ra lên “1”, (hình
2-44, b) kích Flip-Flop FF đảo trạng thái lối ra từ “0” lên “1” (hình 2-44, d) mở cửa
AND để xung đếm từ bộ tạo xung clock đi vào bộ đếm. Thế răng cưa tiếp tục đi lên.
Khi thế răng cưa bằng V
i
mạch SS1 lật trạng thái lối ra lên “1” (hình 2-44, c) và tác

động vào FF đảo trạng thái lối ra từ “1” về “0” (hình 2-44, d) kết thúc xung điều
khiển đóng cửa chọn xung đi vào bộ đếm. Như vậy sau 2 lần đổi trạng thái của FF có
một xung dương độ rộng τ mở cửa AND.
V
t
Vi
SS2
SS1
FF
Xung
clock
Xung
đếm
m
t
t
t
t
t
a)
b)
c)
d)
e)
f)

Hình 2-44. Giản đồ thời gian minh họa hoạt động của vôn kế dùng biến đổi V-T

Ta có: V
i

=
τ
tg
β
=
τ
.c
Trong đó c = tg
β
là tốc độ biến thiên của điện áp răng cưa.
Gọi m là số xung đếm được, T
c
là chu kỳ của xung đồng hồ thì:

τ
= m. T
c
= m / F
c

Từ đó:

ii
C
C
i
kVV
c
F
m

F
mc
V =⋅=⇒=
(2-48)
Trong đó
c
F
k
C
=
= const. Thường thiết kế với k = 10
n
(n = 0,1,2,3,…) để thay
đổi tầm đo của máy.
4.3 2. Phương pháp tích phân 2 sườn dốc (dual slope intergrator) .
Để đo điện áp 2 dấu thường sử dụng mạch tạo hàm 2 sườn độ dốc trên cơ sở
mạch tích phân Miller (hình 2-45)

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 68 -
Mạch tích phân Miller được thực hiện trên cơ sở khuếch đại thuật toán A
1
,
điện trở R
1
và tụ C
1
. Điện áp lối của mạch tích phân biến đổi theo hệ thức:

∫

−=
0
11
1
dtV
СR
V
io
(2-49)
Hình dạng của sóng ra và sóng vào như trên hình 2-45.

Hình 2-45. Mạch tích phân Miller
R1
C1
R2
+
-
o
V
+V
-V
A1
i
V


Mạch tích phân Miller là cơ sở của mạch tích phân 2 sườn dốc (dual slope
intergrator), mà sơ đồ nguyên lý trình bày trên hình 2-46.
Hình 2-46. Mạch tích phân 2 sườn dốc trên cơ sở tích phân Miller
+

-
Q1
R1
R4
R3
Dz
R2
C1
R5
Q2
+
-
R6
+
-
A1
-V
+V
-V
A3
+V
A2
Vi
I
R
I
i
-V
-V
+V

Tích phân Miller
Zero crossing detector
Lối vào ĐK
Mạch lặp áp
Nguồn dòng
V
1
V
2
V
3
V
ĐK
Điện áp cần đo V
i
qua mạch lặp áp trên A
1
để tạo trở kháng vào lớn, qua
chuyển mạch FET Q
1
tới đầu vào mạch tích phân Miller. Thế lối ra của mạch tích
phân được giám sát bởi mạch dò 0 (zero crossing detector) trên A
3
. Thế lối ra mạch

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 69 -
dò 0 điều khiển FET Q2 của mạch tích phân. Khi đầu ra của bộ dò 0 ở mức cao, Q
2

đóng ngắn mạch tụ C
1
. Khi đầu ra bộ dò 0 ở mức thấp Q
2
ngắt, tụ C
1
được nạp.
FET Q
1
được điều khiển từ xung nhòp bên ngoài lấy từ bộ tạo gốc thời gian.
Khi xung điều khiển âm, Q
1
ngắt, cách ly thế lối vào với mạch đo. Trong thời gian
này nguồn dòng ổn I
R
đổ qua R
5
:

543
RRR
V
I
z
R
++
−=
(2-50)
Dòng này có xu hướng nạp cho tụ C
1

với điện tích dương ở bản bên phải, điện
tích âm bên trái. Thế lối ra mạch tích phân tăng tới mức đất, bộ dò 0 phát hiện đưa
thế lối ra lên cao đóng khóa Q
2
ngắn mạch tụ C
1
. Khi đó thế lối ra mạch tích phân
giữ ở mức đất (0V).
Khi có xung điều khiển dương, Q
1
dẫn thông bão hòa nối mạch đo với thế lối
vào V
i
. Dòng đổ qua R
5
lúc này là:

5
R
V
I
i
i
=
(2-51)
Thế lối ra mạch tích phân bây giờ giảm theo chiều âm, thế ra mạch dò 0 âm
ngắt khóa Q
2
cho phép tụ C
1

nạp.
Khi có xung điều khiển âm, Q
1
ngắt, và dòng chuẩn I
R
lại nạp ngược cho tụ C
1

(C
1
phóng với dòng I
R
). Thế lối ra mạch tích phân lại tăng theo chiều dương cho tới
khi đạt mức đất. Khi tới 0, bộ dò 0 phát hiện tạo xung đóng Q
2
và ngắn mạch tụ C
1
.
Thời gian t
2
để xung răng cưa đạt tới mức đất tỷ lệ với V
i
. Khoảng thời gian này được
đo bằng cách khởi động mạch dếm. Giản đồ xung minh họa nguyên tắc làm việc của
mạch như hình 2-47.


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 70 -

t
1
t
2
Q
1
on, Q
2
off Q
1
off, Q
2
on
V
ĐK
V
clock
V
2
V
3
Xung mở cửa bộ đếm
Hình 2-47

Một trong những ưu điểm quan trọng nhất của mạch tích phân 2 sườn dốc là
độ trôi nhỏ của tần số chuẩn hầu như không ảnh hưởng tới độ chính xác của phép đo.
Trên hình 2-48 là sơ đồ khối của một vôn kế số theo nguyên lý tích phân 2 sườn dốc.
Hoạt động của mạch như sau:
Ở trạng thái ban đầu bộ điều khiển xóa kết quả ở bộ đếm và trạng thái các
Flip flop, khóa K
2
bật sang vò trí nối với V
x
, khóa K
3
hở.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 71 -
Các mạch so sánh SS1 và SS2 để phân biệt dấu của điện áp đo V
x
và đưa tới

bộ chỉ thỉ thò dấu.
+
-
+
-
R1
C
R
R
R
+
-
+
-
SS1
SS2
Đ. KHIỂN
ĐẾM
Vi phân
Clock
FF2
-V
V
x
FF1
+
-
K3
K2
K1

R
V
R
R
V
1
V
Ghi
Giải mã,
Chỉ thò

Hình 2-48. Vôn kế số với mạch tích phân hai sườn dốc.

Ta có, thế lối ra mạch tích phân:

∫
−=−=
1
0
1
1
1
t
x
x
RC
tV
dtV
RC
V

(2-52)
Nếu V
x
> 0, V
1
< 0, thế lối ra mạch tích phân đi xuống (hình 2-49, a), bộ đếm
sẽ đếm xuống trong khoảng thời gian t
1
, khi hết thời gian t
1
bộ điều khiển tạo xung
kích FF1 đổi trạng thái chuyển khóa K
2
xuống dưới nối với K
1
lúc đó đang ở vò trí nối
với -V
R
.
Thế –V
R
đưa vào mạch tích phân trong khoảng thời gian t
2
. Thế ra mạch tích
phân lúc này là:

∫
=−−=
2

0
2
'
1
1
t
R
R
RC
tV
dtV
RC
V

(2-53)
V’
1
>0, thế ra mạch tích phân tăng về phía dương trong khoảng thời gian t
2.
Bộ
đếm thực hiện đếm lên. Khi thế lối ra mạch tích phân qua zero, FF2 lật trạng thái,
đóng cửa AND cấm xung đếm vào bộ đếm, kết thúc một chu trình đo. Cuối thời gian
t
2
khóa K
3
đóng, tụ C xả để chuẩn bò cho lần đo kế tiếp.
Ta có, thời gian t
1
để bộ đếm đếm xuống là: t

1
= kN
1
, trong đó N
1
là số đếm
trong bộ đếm. Khi hết thời gian t
1
, thế lối ra mạch tích phân là:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 72 -

RC
tV
V
x 1
1
−=
(2-54)
Trong thời gian t
2
, thế lối ra mạch tích phân đi từ
RC
tV
x 1
−
về 0 (hình 2-49).
Do đó ta có:

R
x
R
xx
R
V
kNV
t
V
V
t
RC
tV
RC
tV
1
12
1
2
−=−=⇒−=
; Với t
2
= kN
2

Từ đó:
12
N
V
V

N
R
x
−=
. (2-55)
Như vậy, kết quả chứa trong bộ đếm cuối thời gian t
2
tỉ lệ với V
x
. Giá trò này
chỉ phụ thuộc vào điện áp chuẩn V
R
mà không phụ thuộc vào tần số của xung nhòp,
độ chính xác của mạch tích phân và mạch so sánh.
t
1
t
2
t
t
1
t
2
V
1
V
1
0
0
t

RC
tV
x 1
−
RC
tV
R 2
RC
tV
R 2
RC
tV
x 1
−
V
x
> 0
V
x
< 0
a)
b)
Hình 2-49.
Nếu V
x
< 0, quá trình xảy ra tương tự, nhưng theo chiều ngược lại. Giản đồ
thời gian minh họa trên hình 2-49, b.
– Nhận xét.
– Phương pháp tích phân 2 độ dốc cũng là phương pháp lấy trò trung bình
theo chu kỳ, do đó loại trừ được nhiễu có chu kỳ.

– Có thể sử dụng phương pháp trên để đo tỷ số 2 điện áp V
x
và V
y
(hai điện
áp phải khác dấu) theo hệ thức:

12
N
V
V
N
y
x
−=
4.3.3. Phương pháp tạo hàm bậc thang.
Sơ đồ cấu trúc thể hiện nguyên lý của phương pháp trên hình 2-50, a và giản đồ
thời gian chỉ ra trên hình 2-50, b. Hoạt động của mạch như sau:

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 73 -
+
-
Ghi
Giải mã,
Chỉ thò
ĐẾM
Clock
Đ. khiển
DAC

i
xóa
Ghi
V > 0
V
i
a) b)
SS

Hình 2-50. Phương pháp tạo hàm bậc thang

Ở trạng thái ban đầu thế lối ra của mạch DAC là 0V. Khi có điện áp lối vào
V
i
> 0, mạch so sánh SS đảo trạng thái đưa ngõ ra lên “1” mở cửa AND cho xung nhòp
đi vào bộ đếm. Mỗi xung nhòp vào làm thế lối ra DAC tăng lên một bậc. Khi thế lối
ra DAC bằng thế V
i
mạch so sánh SS đảo trạng thái đưa lối ra về “0”, đóng cửa
AND, kết thúc thời gian đếm. Xung đếm trong thời gian mở cửa τ được ghi và đưa
sang giải mã, chỉ thò.
Đến chu kỳ sau, bộ điều khiển phát xung xóa kết quả ở bộ đếm, nội dung
chuyển qua DAC để reset lối ra về 0V. Mạch chuẩn bò để đo tiếp.
§ 5. BỘ ĐẾM ĐIỆN TỬ.
5.1. Hệ đếm nhò phân.
Trong các dụng cụ đo chỉ thò số, đại lượng đo tương tự ở lối vào sau khi được
biến đổi thành dạng mã số nhờ khối biến đổi ADC sẽ được đưa tới bộ đếm điện tử.
Chức năng của bộ đếm là thực hiện việc đếm mã số đưa tới sau đó truyền dữ liệu
qua khối giải mã và đưa ra chỉ thò.
Trong các thiết bò số thường sử dụng hệ đêùm nhò phân (binary) vì cơ số 2 tiện

dụng cho việc biểu diễn các trạng thái logic của mạch.
Một số trong một hệ đếm bất kỳ có thể biểu diễn dưới dạng:
i
n
mi
i
ZazN
∑
+
−=
=)(
(2-56)
Trong đó: Z – là cơ số đếm;
a
i
– hệ số : 0 ÷ Z–1.
Hay viết ở dạng khai triển sau:
N = a
n
, a
n-1
, , a
0
; a
-1
, a
-2
, , a
-m
.

Trong hệ đếm thập phân (decimal) ta có Z = 10, tương ứng với các cơ số:
a = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,. 8, 9.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 74 -
Như vậy một số trong hệ đếm thập phân, chẳng hạn 1997,53 nếu biểu diễn
theo công thức (2-56) sẽ là:
1997,53 = 1. 10
3
+ 9. 10
2
+ 9.10
1
+ 7.10
0
+ 5.10
-5
+ 3. 10
-2
Trong hệ đếm nhò phân (binary), Z = 2, tương ứng với cơ số a = 0, 1. Biểu diễn
số trong hệ nhò phân chỉ với 2 cơ số 0 hoặc 1.
Ví dụ: số đếm nhò phân 1001.10 khi biểu diễn theo (2-56) sẽ cho kết quả:
1001.10 = 1. 2
3
+ 0. 2
2
+ 0. 2
1
+ 1. 2
0

+ 1. 2
–1
+ 0. 2
–2
= 8 + 0 + 0 + 1 + 0,5 + 0,25
= 9,75
Ngoài ra còn có các hệ đếm bát phân (Octal - cơ số 8), hệ thập lục phân
(Hecxa decimal - cơ số 16).
So với các hệ đếm khác, hệ nhò phân có ưu điểm là cơ số của hệ đếm đặc biệt
tiện lợi để biểu diễn các trạng thái logic trong điều khiển. Hai giá trò 0 và 1 ứng với 2
trạng thái ổn đònh của một triger, ứng với 2 trạng thái đối kháng dứt khoát trong kỹ
thuật điều khiển đó là: đóng - mở; có – không; đúng – sai; trong – ngoài; trên – dưới;
phải – trái; cao – thấp; xuôi – ngược; nóng – lạnh; vv
Sự thay đổi trạng thái từ 0 lên 1 hay từ 1 về 0 thực hiện rất nhanh làm cho
việc tính toán trong hệ nhò phân nhanh hơn trong các hệ đếm khác. Mặt khác các
phần tử để xây dựng các chữ số không phức tạp (chỉ dùng 2 trạng thái). Điều đó làm
cho thiết bò có độ tin cậy cao.
Số các phần tử để cấu trúc các con số ở hệ nhò phân ít hơn so với hệ thập
phân. Ví dụ, trong hệ thập phân để biểu diễn 2 ô thể hiện số 99 cần đến 2x10=20
phần tử. Trong hệ nhò phân để biểu diễn 7 ô thể hiện số 1111111
(2)
= 127 chỉ cần
7x2=14 dụng cụ.
5.2. Mã hóa các số thập phân.
Để tiện dụng cho việc tính toán và lưu trữ trong các thiết bò số người ta biểu
diễn số qua các từ mã. Mỗi từ mã tương ứng với số ký số nhất đònh, mỗi ký số biểu
diễn một trọng số. Việc chuyển số từ mã này sang mã khác thực hiện nhờ các mạch
mã hóa và giải mã.
Đối với các số thập phân có rất nhiều cách để mã hóa khác nhau: mã BCD -
8421); mã 2421 (Aiken), Gray, mã dư 3, v.v

Mã BCD-8421 là mã có trọng số tự nhiên. Trong mã này, mỗi số thập phân
bất kỳ được biểu diễn bằng một số nhò phân 4 bít, bít có nghóa lớn nhất có trọng số
2
3
=8, bít có nghóa bé nhất có trọng số 2
0
=1. Phần 8421 trong tên mã chỉ trọng số
tương ứng của mỗi vò trí trong mã 4 bít.
Ví dụ: 8
(10)
= 1000
(2)
= 1.2
3
+ 0.2
2
+ 0.2
1
+ 1.2
0
Các trọng số: 8 4 2 1
Với 4 bít ta có 2
4
=16 tổ hợp, nhưng trong mã BCD chỉ dùng hết 10 tổ hợp. Đó
là các tổ hợp từ 0000 đến 1001. Còn lại 6 tổ hợp không dùng là: 1010, 1011, 1100,
1110 và 1111. Nếu 1 trong 6 tổ hợp này xuất hiện trong quá trình tính toán thì phép
tính sẽ phạm sai lầm.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 75 -

Trên hình 2-51 minh họa việc chuyển đổi giữa mã số thập phân và mã số
BCD-8421.
1 5 0
(10)
1001 0110
↓ ↓ ↓ ↓ ↓
0001 0101 0000 9 6
a) b)

3 2 , 8 4 0111 0001 . 1000 1000
↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓
0011 0010 . 1000 0100 7 1 , 0 8
c) d)
Hình 2-51. Chuyển đổi giữa số thập phân và BCD-8421
a) Từ thập phân ra BCD; b) Từ BCD ra thập phân;
c) Thập phân có lẻ ra BCD; d) BCD có lẻ ra thập phân

Ngoài mã BCD-8421 còn nhiều loại mã 4 bít khác như 5421, 4221, 2421, ,
v.v Trên bảng 2-1 là sự tương ứng giữa các mã 8421, 5421, 2421 và mã thập phân.
Bảng 2-1
Mã BCD - 8421 Mã 5421
Mã 2421
(mã Aiken)
Mã
TP
8 4 2 1 5 4 2 1 2 4 2 1
0
1
2
3

4
5
6
7
8
9
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1

0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
0
0

1
0
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
0
0

0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
1

0
1
0
1
0
1

Trong kỹ thuật đo lường và điều khiển, ngoài các mã BCD cân bằng người ta
còn sử dụng phổ biến mã Gray. Khác với mã BCD, mã Gray là mã nhò phân không
cân bằng. Điểm đặc biệt của mã Gray là khi đếm (tăng hoặc giảm1 đơn vò) thì trong
từ mã chỉ có 1 bít thay đổi giá trò. Điều này làm cho hệ thống có độ tin cậy cao. Mã
Gray được dùng nhiều trong các hệ thống truyền động điện điều chỉnh tốc độ quay,
trong các hệ thống đo lường.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 76 -
5.3. Bộ đếm.
Bộ đếm trong các dụng cụ đo chỉ thò số là khối điện tử chức năng thực hiện
việc đếm số xung đồng hồ trong thời gian mở cửa đếm, sau đó đưa qua mạch giải mã
và chỉ thò. Các tham số cơ bản của bộ đếm là:
– Dung lượng đếm cực đại;
– Cách đếm tiến hay đếm lùi;
– Đếm đồng bộ hay không đồng bộ.
Tùy thuộc vào dạng mã mà thiết kế các mạch đếm tương ứng. Trên hình 2-52
là ví dụ minh họa sơ đồ mạch đếm thập phân không đồng bộ 4 bít thực hiện trên 4
triger JK.

J
C
Q

Q
K
CLR
J
C
Q
Q
K
CLR
J
C
Q
Q
K
CLR
J
C
Q
Q
K
CLR
1
8
4
21
Xung đếm

Hình 2-52. Bộ đếm thập phân không đồng bộ 4 bít.

Đây là bộ đếm được sử dụng rộng rãi nhất. Tổ hợp 4 triger cho ta 16 trạng

thái, nhưng ta chỉ lấy 10 trạng thái. Bộ đếm hoạt động bình thường cho đến xung thứ
9 là dung lượng tối đa. Đến xung thứ 10 thì do tổ hợp 1010 của bộ đếm, lối ra của
triger 2 và 4 sẽ đặt tổ hợp 1-1 lên cổng NAND làm lối ra của nó xuất hiện xung reset
bộ đếm về 0000 và bộ đếm lại tiếp tục chu kỳ mới.
Trong thực tế, các bộ đếm được chế tạo dưới dạng mạch tích hợp. Chẳng hạn
vi mạch 7490, 74LS90 là vi mạch đếm thập phân 14 chân rất thông dụng để tạo ra
các bộ đếm chia 5, chia 6, chia 7, chia 8, chia 9, chia 10 chỉ đơn giản bằng cách nối tổ
hợp các chân lối ra. IC 74192 – vi mạch đếm thập phân lên xuống, v.v
5.4. Bộ giải mã.
Bộ giải mã có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu từ bộ đếm tới dưới dạng tổ hợp các
điện áp đầu vào thành một điện áp đầu ra tương ứng. Một bộ giải mã thường có n
đầu vào và m đầu ra dùng để truyền tín hiệu lệnh đến một mạch nào đó để điều
khiển.
A
B
C
D
BCD - THẬP PHÂN
0
1
2
3
.
.
9
Ví dụ mạch giải mã BCD sang thập
phân gồm có 4 lối vào ABCD và 10 lối ra
tương ứng với các tổ hợp để điều khiển
hiện các số từ 0 đến 9 (Hình 2-53).
H

ình 2-53
Sơ đồ nguyên lý của nó chỉ ra trên hình 2-54. Trong mạch gắn các LED để
minh họa nguyên tắc hoạt động của mạch.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 77 -
D0
D1
D9
D2
ABCD
N0
N1
N2
.
.
.
N9
0000
0001
0010
1001
0011
0100
0101
0110
0111
1000
.
.

.

Hình 2-54. Mạch giải mã BCD sang thập phân

Hoạt động của mạch như sau: Mã đếm BCD từ bộ đếm thập phân được đưa
tới các đầu vào ABCD của bộ giải mã. Giả sử mã đếm là 0000 , các lối vào
A=B=C=D=0, qua cửa NOT ta có
1==== DCBA . Ngõ ra N
0
xuống “0”
nên LED D
0
phát sáng. Các LED khác tắt.
Khi tín hiệu vào là 0001,
0;1 ==== DCBA
. Ngõ ra N
1
xuống thấp, D
1

sáng, các LED khác tắt. v.v
Cho đến khi tín hiệu vào là 1001,
0;1;0 ==== DCBA
. Ngõ ra N
9
xuống
thấp, D
9
sáng, các LED khác tắt.
Các mạch giải mã được tích hợp trong các IC chuyên dụng. Chẳng hạn một số

mạch giải mã thập phân như sau:
– 7441, IC giải mã BCD sang thập phân, ngõ ra chòu thế cao (60V);
– 7442, 74LS42: IC giải mã BCD sang thập phân;
– 7443: IC giải mã dư 3 sang thập phân;
– 7444: IC giải mã Gray dư 3 sang thập phân;
– 7445: IC giải mã BCD sang thập phân dòng lớn ( 80mA).
Các IC giải mã BCD sang 7 đoạn (BCD to Seven segment decoder) để điều
khiển trực tiếp các đèn LED 7 đoạn như 7447, 74LS47(loại mắc Anode chung) 7448,
74LS48 (loại mắc cathode chung).


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 78 -
§ 6. ĐO CÔNG SUẤT VÀ ĐIỆN NĂNG.
6.1. Đo công suất điện một chiều.
Trong mạch điện một chiều, công suất tiêu thụ trên phụ tải được xác đònh
bằng công thức:
P = UI (2-57)
Công thức (2-57) cho thấy để xác đònh P ta có thể đo U và đo I nhờ vôn kế và
ampe kế như hình 2-55.


V
A
R
L
+
-
U
R

A
V
+
-
U


L


a) r
A
<< R
L
b) r
V
>> R
L

Hình 2-55
6.2. Đo công suất điện một pha. Woát mét điện động.
Watt kế điện động được thiết kế trên cơ sở của cơ cấu điện động gồm 2 cuộn
dây: cuộn dòng điện (cố đònh) và cuộn thế (cuộn di động). Sơ đồ nguyên lý, ký hiệu
cũng như cách mắc chỉ ra trên hình 2-56. Dấu (* ) chỉ cực tính nối điểm chung của
cuộn thế và cuộn dòng.
Hình 2-56. Watt kế điện động
Rp
R
L
a)

b)
*
*
Cuộn thế
I
1
I
2
Cuộn dòng

R
p
– điện trở phụ mắc nối tiếp với cuộn thế để mở rộng cỡ đo. Ta có góc quay
phần động tỉ lệ với dòng chạy qua 2 cuộn dây:

α
= k
1
I
1
I
2
= k
1
k
2
U
L
I
L

cos
ϕ
= k P (2-58)
Watt kế điện động có ưu điểm là có độ chính xác cao (cấp chính xác 0,5; 0,2;
0,1%), rất tiện dụng để đo công suất điện một chiều và xoay chiều ở tần số 50-60Hz.
Nhược điểm là từ trường yếu, mô men quay nhỏ dễ bò ảnh hưởng bởi từ trường nhiễu
và không chòu được sự quá tải.
Để tăng mô men quay và giảm từ trường nhiễu có thể dùng cơ cấu sắt điện
động, khi đó ta có cơ cấu watt kế sắt điện động. Tuy nhiên cơ cấu sắt điện động tạo
nên những sai số phụ do đặc tính phi tuyến của đường cong từ hóa, hiệu ứng từ trễ.

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 79 -
6.3. Đo công suất điện 3 pha.
6.3.1. Mạch 3 pha 4 dây.
Với hệ thống 3 pha 4 dây thì công suất tiêu thụ trên phụ tải được xác đònh:
P = P
A
+ P
B
+ P
C
= U
A
I
A
cos
ϕ
A
+ U

B
I
B
cos
ϕ
B
+ U
C
I
C
cos
ϕ
C
(2-59)
Để đo công suất của mạch 3 pha ta dùng 3 watt kế 1 pha mắc theo sơ đồ chỉ ra
trên hình (2-57).

A
B
C
O
Z
A
B
Z
C
Z
*
*
*

*
*
*

Hình 2-57. Đo công suất tải 3 pha 4 dây.
Trong thực tế người ta chế tạo watt kế 3 pha, gồm 3 cuộn dây tónh tương ứng
có 3 cuộn dây động gắn trên cùng một trục quay. Mô men làm quay phần động là mô
men tổng của cả 3 phần tử, tức tỷ lệ với công suất 3 pha.
6.3.2. Mạch 3 pha 3 dây.

Trong mạch 3 pha 3 dây ta có :
i
A
+ i
B
+ i
C
= 0
i
C
= –(i
A
+ i
B
)
Công suất tức thời của mạch 3 pha:
p = u
A
i
A

+ u
B
i
B
+ u
C
i
C
= u
A
i
A
+ u
B
i
B
– u
C
(i
A
+ i
B
)
= i
A
(u
A
– u
C
) + i

B
(u
B
– u
C
)
= i
A
u
AC
+ i
B
u
BC
(2-60)


*
A
B
Z
Z
*
*
*
B
C
C
Z
A

Hình 2-58. Đo công suất tải 3 pha 3 dây.


Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 80 -
Công thức (2-60) cho thấy rằng chỉ cần 2 Watt kế 1 pha và mắc theo sơ đồ
hình 2-58. Số chỉ của 2 watt kế sẽ cho ta biết công suất tiêu thụ trong mạch 3 pha.

Một cách tương tự ta chế tạo watt mét 3 pha 2 phần tử gồm 2 cuộn tónh và 2
cuộn động tương ứng gắn trên cùng một trục quay.
6.4. Đo điện năng.
6.4.1. Cơ cấu đo cảm ứng.
Cơ cấu đo cảm ứng được dùng trong mạch điện xoay chiều. Có 2 loại sau:
– Cơ cấu cảm ứng 1 từ thông;
– Cơ cấu cảm ứng nhiều từ thông.
Loại một từ thông chỉ có một từ thông biến đổi tác động với dòng cảm ứng
trên phần động. Được sử dụng chủ yếu để chế tạo các ampemet, vônmet hoặc
lôgômet.
Loại nhiều từ thông có nhiều từ thông tác động với các dòng cảm ứng do
chúng sinh ra trên phần động và sinh ra mô men quay. Cơ cấu nhiều từ thông có thể
được dùng để chế tạo các ampemet, vônmet, wattmet và công tơ điện.
a) Cơ cấu cảm ứng một từ thông.

Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu đo cảm ứng
một từ thông như trên hình 2-59. Phần tónh gồm
cuộn dây với mạch từ 1. Phần động gồm đóa quay
2 có dạng không đối xứng gắn với trục quay và
kim chỉ thò.
Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây 1 sẽ
tạo nên từ thông biến thiên Φ xuyên qua đóa 2,
kết quả trên đóa sẽ xuất hiện dòng cảm ứng i
C
.
Tác dụng tương hỗ giữa dòng cảm ứng i
C
và từ
thông Φ tạo nên từ lực F . Chiều của F không đi
qua tâm quay O của đóa (hình 2-59). Ta hãy phân
tích F ra 2 thành phần F
1
và F
2
.
H
ình 2-59

21
FFF +=

Thành phần F
1
hướng về tâm quay O nên không tạo mô men quay, còn F

2

vuông góc với bán kính quay OA sẽ tạo ra mô men quay:

OAFM .
2
=


(2-61)
b) Cơ cấu cảm ứng loại nhiều từ thông.
Trên hình 2-60 trình bày sơ đồ cơ cấu đo cảm ứng 2 từ thông có đóa quay. Các
phần tử cơ bản gồm: 2 cuộn dây tónh 1 và 2 để cho dòng cần đo chạy qua; đóa quay 3;
trục quay 4 và lò xo phản 5.
Khi có các dòng i
1
và i
2
chạy

qua trong các cuộn dây 1 và 2 sẽ sinh ra các từ
thông biến thiên Ф
1
và Ф
2
xuyên qua đóa cảm ứng. Trên đóa sẽ phát sinh các dòng

Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý