Tìm hiểu và lắp ráp thử nghiệm vôn kế điện tử

trờng đại học vinh
Khoa Vật lý
=== ===

Ngô thị hơng nhài

khoá luận tốt nghiệp đại học

tìm hiểu và lắp ráp thử nghiệm vôn kế điện tử

Chuyên ngành: vật lý

Vinh - 2007
==
trờng đại học vinh
Khoa vật lý
=== ===

khoá luận tốt nghiệp đại học

1


tìm hiểu và lắp ráp thử nghiệm vôn kế điện tử

Chuyên ngành: vật lý

Giảng viên hớng dẫn: Dơng
Sinh viên thực hiện :
Lớp
:

Kháng
Ngô Thị Hơng Nhài
44B - Vật lý

Vinh - 2007
==

Lời nói đầu
Nhà hoá học Mendeleep đã nói :Khoa học bắt đầu từ khi ngời ta biết
đo. Cùng với sự phát triển của xã hội,thì đo lờng luôn chiếm một vị trí quan
trọng trong đời sống, cũng nh trong khoa học. Thật vậy, để thực hiện nghiệp
vụ kiểm tra, vận hành các máy móc, các quá trình công nghệ cũng nh công tác
nghiên cứu khoa học kỹ thuật Đều phải tiến hành đo các thông số các đại lợng tức là liên quan tới đo lờng .
Yêu cầu về các dụng cụ đo lờng cũng ngày đợc nâng cao với các đặc
tính nh độ chính xác cao, gọn nhẹ, bền đẹp, giá thành hạ Là mục tiêu phấn
đấu của các dụng cụ đo nói chung và của vôn kế - dụng cụ đo điện áp nói riêng .
Nghiên cứu việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào việc tăng độ nhạy
của vôn kế,chính vì lí do đó tôi chọn đề tài: Tìm hiểu và lắp ráp thử
nghiệm vôn kế điện tử
Trong đề tài này sẽ nghiên cứu ứng dụng của khuếch đại bán dẫn vào
vôn kế đo điện áp - vôn kế điện tử để sáng tỏ việc nâng cao độ nhạy rất nhiều
lần của vôn kế điện tử trong việc đo điện áp nhỏ so với các vôn kế thông thờng
khác nh vôn kế từ điện, vôn kế điện từ và vôn kế điện động.
2


Bài nghiên cứu này đợc chia làm 4 chơng.
Chơng I : Giới thiệu các dụng cụ đo điện áp thông dụng
Gồm hai phần :

A: Một số cơ cấu chỉ thị dùng trong vônkế
B : - Phân áp và chia thang .
- Chỉnh lu để đo dòng xoay chiều .
Chơng II : Tranzito và những vấn đề vè khuếch đại .
Gồm hai phần :
A : Cơ sở lí thuyết của tranzito .
B : Khuếch đại .
Chơng III : Vôn kế điện tử .
Gồm hai phần :
A : Cấu tạo.
B : Các mạch khuếch đại .
Chơng IV :Thử nghiệm lắp ráp vônkế điện tử.
Mục lục
Chơng1. Các dụng cụ đo điện áp thông dung..............................1

* Khái niệm chung............................................................................................1
A. Một số cơ cấu chỉ thị dùng trong vôn kế...................................................2
I. Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo tơng tự .......................................................2
1. Cơ sở chung.....................................................................................................2
2. Cơ cấu chỉ thị từ điện......................................................................................2
3. Cơ cấu chỉ thị điện từ......................................................................................5
4. Cơ cấu chỉ thị điện động.................................................................................8
II. Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo chỉ thị số...................................................11
1. Nguyên lý của chỉ thị số................................................................................11
2. Mã số..............................................................................................................11
3. Thiết bị kỹ thuật thể hiện mã số....................................................................11
4. Thiết bị điện số...............................................................................................13
5. Các bộ giải mã................................................................................................13
B. Phân áp và chia thang.................................................................................13
1. Đo điện áp DC................................................................................................13

2.Đo điện áp xoay chiều AC.............................................................................15
Chơng2. Tranzito và những vấn đề về khuếch đại.................18
A. Cơ sở lý thuyết của Tranzito......................................................................18
3


1. Cấu tạo............................................................................................................18
2. Các cách mắc Tranzito...................................................................................19
3. Các mạch cung cấp và ổn định chế độ làm việc cho Tranzito......................19
4. Tranzito trờng (JFET).....................................................................................21
B. Khuếch đại...................................................................................................22
I. Các kiểu tầng khuếch đại............................................................................22
1. Khuếch đại dùng Tranzito lỡng cực...............................................................22
II. Ghép tầng.....................................................................................................26
1. Ghép tầng bằng điện dung.............................................................................27
2. Ghép tầng bằng cuộn cảm..............................................................................27
3. Ghép tầng bằng điện áp.................................................................................28
4. Ghép trực tiếp.................................................................................................29
III. Khuếch đại tín hiệu biến thiên chậm......................................................29
1. Khuếch đại một chiều ghép trực tiếp............................................................30
2. Tầng khuếch đại vi sai...................................................................................31
3. Mạch khuếch đại một chiều có biến đổi trung gian.....................................32
Chơng III. Vốn kế điện tử.......................................................................34
I. Sơ đồ khối và phơng án................................................................................34
II. Chức năng các khối.....................................................................................34
1. Khối mạch vào (MV).....................................................................................34
2. Khối khuếch đại (KĐ)...................................................................................34
3. Khối chỉ thị (CT)............................................................................................35
4. Khối tách sóng (TS).......................................................................................36
III. Các phơng pháp tách sóng trong vôn kế điện tử...................................36

1. Phơng pháp chỉnh lu trung bình.....................................................................36
2. Phơng pháp trị hiệu dụng thực.......................................................................37
3. Phơng pháp trị đỉnh........................................................................................39
IV. Các mạch khuếch đại................................................................................40
1. Các mạch khuếch đại trong vôn kế điện tử một chiều..................................40
2. Vôn kế điện tử xoay chiều.............................................................................44
Chơng IV. Thử nghiệm và lắp ráp vôn kế điện tử....................49
Kết luận.........................................................................................................52
Tài liệu tham khảo..................................................................................53
Chơng 1
4


Các dụng cụ đo điện áp thông dụng
I . Khái niệm chung :
Khi đo điện áp vôn kế đợc nối song song với tải trong mạch đo. Vôn kế
đã lấy một phần của năng lợng đo, nên gây sai số nh sau :

Khi cha mắc vôn kế vào mạch, điện áp trên tải :
Ut =

E
.Rt
Rt + Rng

Lúc mắc vôn kế vào mạch,vônmet sẽ đo áp rơi trên tải :
Uv=

Ut
.Rv

Re + Rv

với

Re =

Rt.Rng
Rt + Rng

Từ đây ta tính sai số của phép đo điện áp bằng vôn kế :
u = Ut Uv
Ut

=

Re
Re

Re + Rv Rv

Ta nhận thấy muốn sai số nhỏ thì yêu cầu Rv phải lớn, Rv phải thoã mãn
điều kiện sau : Rv >

Re
( Trong đó Rv là điện trở trong của vôn kế, còn gọi là
u

cấp chính xác của vôn kế). Nếu không thoả mãn yêu cầu này thì sai số hệ
thống do vônmet gây ra sẽ lớn hơn sai số của bản thân dụng cụ .
Lúc đó, muốn kết quả đó chính xác phải dùng công thức hiệu chỉnh

Ut=(1+ u).Uv
Điều này rất quan trọng đối với phép đo điện áp của nguồn có điện trở
trong lớn .Vì vậy trên các dụng cụ đo điện áp cấp chính xác cao hoặc dụng cụ
vạn năng cần ghi giá trị điện trở trong của nó.
Trong các mạch xoay chiều khi đo điện áp cần chú ý đến miền tần số
làm viêc của Vônmet phù hợp với tần số của tín hiệu cần đo thì sẽ gây sai số
cho phép đo.Gọi là sai số do tần số,sai sô này tính đến ảnh hởng của mạch và
các mạch và phần tử mạch đo lòng nh các điện trở phụ, biến dòng biến áp,
chỉnh lu khuyếch đại Trên các vônmet thờng ghi dải tần của vônmet đó .

5


Trong thực tế ngời ta có thể dùng nhiều phơng pháp và thiết bị đo điện
áp khác nhau.
A- Một số cơ cấu chỉ thị dùng trong vôn kế:

I. Cơ cấu chỉ thị của dụng cụ đo tơng tự:
1. Cơ sở chung:
Dụng cụ đo tơng tự (analog) là loại dụng cụ đo mà số chỉ của nó là đại
lợng liên tục tỷ lệ với đại lợng đo liên tục, trong dụng cụ đo tơng tự ngời ta thờng dùng các chỉ thị cơ điện.Trong đó tín hiệu vào là dòng điện còn phần ra là
góc quay của phần động (kim chỉ) hoặc là di chuyển của bút ghi trên giấy
(dụng cụ tự ghi).
Những dụng cụ đo này là các dụng cụ đo chuyển đổi thẳng, đại lợng
cần đo sẽ trực tiếp biến đổi thành góc quay của phần động, tức là thực hiện
việc biến từ năng lợng điện từ thành năng lợng cơ học làm quay phần động
một góc lệch so với phần tĩnh.
2.Cơ cấu chỉ thị từ điện :
- Cấu tạo : gồm hai phần cơ bản là phần động và phần tĩnh.

Hình1. Cơ cấu chỉ thị từ điện

+ Phần tĩnh :
Nam châm vĩnh cửu 1, mạch từ và cực từ 3, lõi sắt 6 hình thành mặt từ
kín .Giữa cực từ 3 và lõi 6 có khe hở đều gọi là khe hở làm việc, trong đó có
khung quay chuyển động. Đờng sức qua khe hở làm việc hớng tâm tại mọi
điểm .Trong khe hở này cảm ứng từ B đồng đều tại mọi điểm, ngoài ra trong
mạch từ còn có sun từ để điều chỉnh từ thông qua khe hở làm việc.
+ Phần động :
Gồm có khung quay s, đó là một khung dây thờng có lõi nhôm nhẹ trên
đó quấn dây đồng cỡ 0.03 ữ 0.2 mm. Cũng có trờng hợp khung quay không

6


có lõi nhôm, khung quay đợc gắn vào trục quay trên trục quay còn có hai lò
xo cần 7 ngợc nhau, kim chỉ thị 2 và thang đo 8
- Nguyên lý làm việc :
Khi có dòng điện chạy qua, khung dây quay dới tác động của từ trờng và
của nam châm vĩnh cửu, khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc d nào
đó. Mô men quay tạo ra đợc tính theo biểu thức :
Mq =

dWe
d

ở đây năng lợng điện từ We tỉ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở
làm việc và dòng điện chạy trong khung dây I.
We = I
Từ thông dợc tính nh sau : =B.s.w.

Trong đó : B- Độ từ cảm của nam châm vinh cửu .
s - Diên tích khung dây .
w- Số vòng dây của khung dây.
- Góc lệch của khung dây so với vị trí ban đầu.
Các giá trị B,s, w là những hằng số.
=> Mq =

d ( B.s.w.I . )
= B.s.w.I
d

Khi cân bằng thì mô men quay bằng mô men cản
Mq = Mc => B.s.w.I = D
Từ đó ta có :

=

1
.B.s.w.I
D

Suy ra: Góc lệch tỉ lệ bậc nhất với dòng điện I.
- Đặc tính của cơ cấu từ điện :
+ Góc lệch tỉ lệ thuận với dòng điện I, cho nên cơ cấu chỉ thị từ điện
chỉ sử dụng trong mạch một chiều .
+ Đặc tính của thang đo điều .
+ Độ nhạy cảm cơ cấu s =

1
.B.s.w là đại lợng không đổi trong suốt

D

thời gian đo là độ nhạy theo dòng có số đo là [ mm A ] . Thông thờng ngời ta
hay dùng hệ số nghịch đảo của độ nhạy gọi là hằng số của dụng cụ đo theo

7


áp: C =

1
[ A mm ]. Cơ cấu chỉ thị từ điện thờng có độ nhạy cao, vì trị số B thS

ờng lớn . Độ nhạy có thể đạt đến 1 10 -8 [ mm A ].
* Ưu điểm: Độ chính xác cao, vì các phần tử của cơ cấu có độ chính
xác cao ;ảnh hởng của từ trờng ngoài không đang kể, công suất tiêu thụ nhỏ,
độ cản dịu tốt, thang đo đều .
*Nhợc điểm : Chế tạo phức tạp, chịu quá tải kém ; do việc dễ cháy lò
xo và thay đổi đặc tính của nó; ảnh hởng của nhiệt độ đến độ chính xác của
của phép đo.
- ứng dụng của cơ cấu chỉ thị từ điện:
+ Dùng để chế tạo các loại ampemet, vônmet, ômmet nhiều thang đo,
dải đo rộng.
+ Dùng để chế tạo các loại điện kế có độ nhạy cao, có thể đo đợc: Dòng
điện đến 10-12 A, điện áp đến 10-4V, điện lợng. Điện kế còn đợc dùng để phát
hiện sự lệch điểm không trong mạch cần đo hay trong điện thế kế.
+Trong các loại dao động kí ánh sáng để quan sát và ghi lại các giá trị
tức thời của dòng áp, công suất tần số có thể đến 15 kHz cơ cấu chỉ thị từ điện
đợc sử dụng để chế tạo các đầu rung .
+ Dùng cơ cấu chỉ thị từ điện để làm chỉ thị trong các mạch đo,các đại

lợng không điện khác nhau .
+ Dùng để chế tạo các dụng cụ đo điện tử
+ Dùng với các bộ biến đổi khác nh chỉnh lu,cảm biến nhiệt điện để có
thể đo đợc đòn ( hay áp) xoay chiều.
3. Cơ cấu chỉ thị điện từ :
- Cấu tạo :
+ Phần tĩnh : Phần tĩnh của cơ cấu
chỉ thị điện từ là một cuộn dây
phẳng, bên trong có khe hở
không khí là khe hở làm việc
+ Phần động : Là một lõi thép
2 đợc gắn đến trục quay 5 .
8
Hình 2. Cơ cấu chỉ thị điện từ


Lõi thép có thể quay tự do trong
khe làm việc của cuộn dây. Bộ
phận cản dịu không khí 4 đợc
gắn vào trục quay. Kim 6 và đối trọng 8 cũng đợc găn trên trục quay. Kim
quay trên bảng khắc độ 8. Mô men cản đợc tạo bởi hai lò xo 3 ngựơc
chiều nhau.

Ngoài loại kết cấu trên,ta còn gặp loại cơ cấu điện từ có cuộn dây tròn
và loại mạch từ kín (h.v).

a

b
Hình 3.

a. Cơ cấu chỉ thị điện từ có cuộn dây tròn.
b. Cơ cấu điện từ với mạch từ kín.

Loại cuộn dây tròn bên trong bố trí các tấm kim loại (tấm tĩnh), tấm
động gắn với trục quay (h.a).
Loại mạch từ kín (h.b). Phần tĩnh gồm cuộn dây kích thích mạch từ làm
bằng các lá thép kỹ thuật điện. Kích thớc và hình dáng khe hở không khí đợc
tính toán cẩn thận. Bên trong khe hở lá động đợc gắn với trục quay. Khi có
dòng điện chạy trong cuộn dây, từ thông xuất hiện trong mạch từ và khép kín qua
khe hở không khí tác động lên lá động làm cho nó quay xung quanh trục.
- Nguyên lý làm việc :
Khi có dòng điện I chạy vào cuộn dây, xuất hiện moment quay và đợc
xác định theo biểu thức :
9


Mq=

dWe
d

We : Năng lợng điện từ
2
We= LI

2

L : Điện cảm của cuộn dây
2

Ta có :

dWe d ( L. I )
1 dL
Mq=
=
= I2
2
d
2 d
d

Khi Mq = Me : vị trí cân bằng.
I2

1 dL
1 2 1 dL
= D => =
I
D
2 d
2 d

- Đặc tính của cơ cấu điện tử :
+ Có thể sử dụng trong cả mạch một chiều và xoay chiều.
+ Thang đo không đều. Thực tế muốn thang đo đều ngời ta phải tính
dL
toán sao cho khi góc lệch thay đổi thì
cũng thay đổi theo quy luật ngd

ợc với bình phơng dòng điện. Nh vậy dòng tổng hợp sẽ là tuyến tính với một
độ chính xác nào đó ( Hình vẽ)
+ Cản dịu thờng bằng không
khí hoặc cảm ứng.
*Ưu điểm : Cấu tạo đơn
giản chịu quá tải lớn,đo cả một
chiều và xoay chiều.
*Nhợc điểm :
Công suất tiêu thụ lớn;
độ chính xác không cao nhất là khi đo ở mạch một chiều sẽ bị sai số do hiện tợng từ trễ từ d ; độ nhạy thấp ; bị ảnh hởng của từ trờng ngoài do từ trờng của
bản thân cơ cấu yếu khi dòng nhỏ.
- ứng dụng : Dùng chế tạo các loại ampemet, vônmet trong mạch xoay chiều
tần số công nghiệp ở các dụng cụ cấp chính xác 1,0 và 1,5. Và các dụng cụ
nhiều thang đo ở phòng thí nghiệm cấp chính xác 0,5 và 1,0 .
10


5. Cơ cấu chỉ thị điện động:

Hình 4
- Cấu tạo :
+ Phần tĩnh: gồm một cuộn dây 1(đợc chia làm 2 phần nối tiếp với nhau)
để tạo ra từ trờng khi có dòng điện chạy qua. Trục quay chui qua khe hở giữa
2 phần cuộn dây tĩnh.
+ Phần động: Gồm một khung dây 2 đặt trong lòng cuộn dây tĩnh.
Khung dây 2 đợc gắn với trục quay, trên trục còn có lò xo cản, bộ phận cản
dịu và kim chỉ thị.
Cả phần động và phần tĩnh đợc bọc kín bằng màn chắn từ để ngăn chặn
ảnh hởng của từ trờng ngoài đến sự làm việc của cơ cấu chỉ thị. Màn chắn từ
có thể là đơn hoặc kép.

Hình dạng của cuộn dây tĩnh và khung dây động có thể tròn hoặc
vuông. Loại tròn dễ chế tạo, loại vuông lại thích hợp khi cần giảm thấp chiều
cao của cơ cấu cần đo.
Cản dịu trong cơ cấu chỉ thị điện động thờng dùng loại cảm ứng từ khi có màn
chắn từ và dùng kiểu không khí khi không có màn chắn từ bảo vệ.
- Nguyên lý làm việc:
Khi cho dòng điện chạy vào cuộn tĩnh trong lòng cuộn dây xuất hiện từ trờng.
Từ trờng này tác dụng lên dòng điện chạy trong khung dây và tạo nên moment
quay làm phần động quay đi một góc . Moment quay đợc xác định từ biểu
thức chung nh sau :
Wq=

dWe
d

We: Là năng lợng điện từ tích luỹ trong các cuộn dây.
Ta phân biệt 2 trờng hợp:
11


+ Khi cho dòng một chiều I1 vào cuộn dây thứ 1; I2 vào cuộn dây thứ 2.
Lúc này
1
2

1
L 2I22+
2

We= L 1I12+

M12I1I2

(1)

L1 ; L2 : Điện cảm của cuộn dây tĩnh và động.
M12 : Hỗ cảm giữa các cuộn dây tĩnh và động.
I1,I2 :dòng điện một chiều chạy trong các cuộn dây tĩnh và động .
Mq =

dWe dM
=
d
d

12

. I1I2

(2)

Do L1,L2 không đổi khi khung quay trong cuôn tĩnh.
dM
d

ở vị trí cân bằng : I1I2.

12

1 dM

= D => =
D d

12

I1I2

(3)

+ Khi cho dòng điện xoay chiều vào các cuộn dây ta có :
Mô men quay tức thời sẽ là : mqt=

dM
d

12

i1i2

(4)

Phần động vì có quán tính mà không kịp thay đổi theo giá trị tức thời,nên
thực tế lấy theo trị trung bình trong một chu kỳ :
Mq=

1
T

T

mqtdt

(5)

0

Nếu i1 = I1msin t và i2= I2msin( t- )
Mq=
=

1
T

T

I1mI2m sin t. sin( t- )


0

dM
d

12

thay vào (4),(5) ta có :
dM
d

12

dt

I1I2 cos

: góc lệch pha giữa 2 dòng điện I1I2 là các giá trị hiệu dụng của dòng

điện .
Khi cân bằng ta có : Mq=Me
dM
d

12

I1I2 cos = D

1 dM
=> =
D d

12

I1I2 cos

(6)

- Các đặc tính của cơ cấu chỉ thị điện động :
+ Có thể dùng trong mạch một chiều và xoay chiều .

+ Do góc lệch pha phụ thuộc vào tích I1I2 nên thang đo không đều .
12


+ Độ chính xác cao khi đo. Trong mạch xoay chiều vì không sử dụng vật
liệu sắt từ, tức là loại bỏ sai số do dòng xoáy, dòng bão hoà
*Nhợc điểm : công suất tiêu thụ của cơ cấu đo điện động lớn, nên dùng
trong mạch điện công suất nhỏ không thích hợp .
+ Mô men quay không lớn, tổn hao từ nhiều,chịu ảnh hởng của từ trờng
ngoài .Để đảm bảo cho cơ cấu hoạt động tốt cần có màn chắn từ .
+ Độ nhạy thấp vì mạch từ yếu .
-ứng dụng: cơ cấu chỉ thị điện động dùng để chế tạo các ampemet,
vônmet, oatmet một chiều và xoay chiều tần số công nghiệp ; Các pha hở để
đo góc lệch pha hay hệ số công suất cos . Khi sử dụng trong mạch xoay
chiều tần số cao, phải có mạch bù tần số; có thể đo đợc với dải tần đến 20kHz.
II..cơ cấu chi thị của dụng cụ đo chỉ thị số

1. Nguyên lí của chỉ thị số :
Trong dụng cụ đo chỉ thị số ngời ta sử dụng một loạt các thành tựa của
kỹ thuật điện tử va kỹ thuật máy tính để biến đổi và chỉ thị đại lợng đo.

Sơ đồ khối dụng cụ đo chỉ thị số.
Đại lợng đo x(t) sau khi qua bộ biến đổi thành xung. Số xung N tỉ lệ
với độ lớn của x(t). Số xung N đợc đa vào bộ mã hoá MH cơ số
2-10 (mã BCD). Sau đó đến bộ giải mã (GM) và đa ra bộ hiệu số. Tất cả có 3
khâu mã hoá - giải mã - hiệu số cấu thành bộ chỉ thị số .
2. Mã số :
- Mã cơ số 10 : thông thờng hệ đếm thập phân có từ 0, 1, 29.
Nhng trong kỹ thuật ngời ta ít dùng đến hệ đếm thập phân bởi vì hệ này có
đến 10 trạng thái nên trong kỹ thuật không thể hiện đợc .Thông dụng nhất

trong kỹ thuật là mã cơ số 2 .
-Mã cơ số 2 : là loại mã có hai trạng thái. Hệ đếm da trên mã này gọi là hệ
đếm nhị phân. Nó gồm 2 kí hiệu 0 và 1.
3.Thiết bị kỹ thuật thể hiện mã số :
Trigơ với 2 trạng thái ổn định rất tiện cho việc thể hiện mã cơ số 2 .

13


Trigơ (a)

Tín hiệu vào ra của nó (b).
Trigơ có 2 đầu vào là S và R, 2 đầu ra là Q và Q . Nếu đa một tín hiệu xung
Uvào vào cả 2 đầu vào của trigơ, ta nhận đợc ở 2 đầu ra 2 tín hiệu xung vuông
ngợc nhau y0và y1 .
Nếu ta biết nối liên tiếp các trigơ vơi nhau ta sẽ có 1 dãy (h.a) và nếu
lấy tín hiệu ra ở một phía của trigơ ta sẽ có dạng xung nh hình (b ).

14


4. Thiết bị hiện số
Có nhiều loại các thiết bị hiện số khác nhau chẳng hạn các bộ hiện số
bằng đèn sợi đốt, đèn điện tích (đèn khí), LED, tinh thể lỏng.
Phổ biến hơn ca trong số đó là các bộ phận số bằng LED 7 thanh bởi vì
chúng phù hợp với các vi mạch và tin cậy hơn cả.

5. Các bộ giải mã :
Mục đích chuyển đổi từ mã cơ số 2 thành mã cơ số 10 bằng các con số
hệ đếm thập phân cho ngời sử dụng dễ dàng

B. phân áp và chia thang :
1. Đo điện áp DC:
a. Nguyên lý đo :(h1) điện áp đợc chuyển thanh dòng điện đo đi qua cơ
cấu chỉ thị . nếu cơ cấu chỉ thị có Imaxvà điện trở nối tiếp thì :
Iđo=

Vdo
IMAX
R + Rm

Rm:nội trở của cơ cấu
Tổng trở vào của vôn kế

ZV =R+Rm

15


Hình 5.

Hình 6

Các cơ cấu từ điện, điện từ và điện động đều đợc dùng làm vôn- kế DC.
Bằng cách nối thêm điện trở R để hạn chế dòng điện qua cơ cấu theo biểu
thức trên .
Riêng đối với cơ cấu điên động cuộn dây di động và cuộn dây cố định
đợc nối tiếp (h.2).
b. Mở rộng tầm đo.
- Dùng cơ cấu từ điện :
Mở rộng tầm đo bằng cách nối tiếp điện trở (h.3).Đây là mạch đo điện

áp 1 chiều thờng dùng trong máy đo vạn năng .
Tổng trở vào của vônkế thay đổi theo tầm đo,nghĩa là tổnh trở vào càng
lớn thì tầm ddo điện áp càng tăng .Cho nên ngời ta thờng dùng trị số của độ
nhạy /V của vônkế để xác ddinhj tổng trở của mỗi tầm đo .
VD : vônkế có độ nhạy 20 K /V . ở tầm đo 2,5 V, và tổng trở vào
Zv1 = 2,5 V,20 K /V = 200 K .

Hình 7

16


Hình8. Mạch đo áp DC nhiêù tầm đo

2. Đo điện áp xoay chiều .
a. Nguyên lí đo :
Đối với cơ cấu điện động ,điện từ vônkế AC dùng cơ cấu này phải mắc
nỗi điện trở nối tiếp với cơ cấu nh trong vônkế DC, vì 2 cơ cấu này hoạt động
với trị hiệu dụng của dòng xoay chiều. Riêng đối với cơ cấu từ điện thì phải
dùng phơng pháp biến đổi dùng diốt chỉnh lu hoặc bộ biến đổi nhiệt điện.
b. Cách xác định điện trở :
Nối tiếp cho cơ cấu từ điện :
Mạch đo đợc mắc nh hình 9
Diốt D1 chỉnh lu dòng
Hình 9
điện AC bán chu kỳ dơng,
Diốt D2 cho dòng điện âm
đi qua ( không qua cơ cấu
chỉ thị ). Để cho điện áp nghịch của bán kỳ âm của áp AC không rơi trên Diốt
D1 và cơ cấu chỉ thị .Tránh đợc điện áp quá lớn khi đo điện áp AC có giá trị

lớn . Điện áp trở R1 nối tiếp ở tầm đo điện áp VAC đợc xác định :
VAC = (R1 +Rm). Ihd + VD
Mà

Icltb = Imax = 0,318 2 Ihd

Ihd : dòng điện của điện áp đo VAC (tính theo trị hiệu dụng ) qua
cơ cấu chỉ thị và qua R1 tơng đơng .
R1 +Rm =

Vac Vd
Im ax /(0,318 2 )

Nh vậy,với cùng một cơ cấu (cơ cấu từ điện) tổnh trở vào của vônkế AC
sẽ nhỏ hơn tổng trở vào của vônkế DC.
Đối với vônkế điện tử tổng trở vào của vônkế không thay đổi theo tầm đo đối
với điện áp AC hoặc DC .
Mạch đo điện áp AC có thể dùng cầu diốt (4 diốt hoặc 2 diốt và 2 điện trở)

17


H10 - Mạch đo điện áp dùng cơ cấu diốt
Khuyết điển của vônkế AC dùng dit chỉnh lu phụ thuộc vào dạng tín
hiệu,và tần số cao có ảnh hởng của tổng trở và điện dung kí sinh của diốt .
Để cho vônkế AC không phụ thuộc vào dạng và tần số tín hiệu AC thì
dùng vônkế có bộ biến đổi nhiệt điện (h10 ).
Các điện trở thay đổi tầm đo đợc nối tiếp với điện trở cung cấp nhiệt lợng cho cặp nhiệt điện.

Hình 11.

18


Chơng 2
Tranzito và những vấn đề về khuếch đại

A. Cơ sở lí thuyết của tranzito:
1.Cấu tạo:
Đợc tạo thành bởi 2 chuyển tiếp PN ghép liên tiếp nhau, do trình tự
sắp xếp của các miền mà ta có 2 loại tranzito :

E

p

n

p

C
C

E

B

n

p

n

B

( Mô hình và kí hiệu của tranzito pnp (a) và npn (b))

+ Miền thứ nhất : Miền emitơ với đặc điểm nồng độ tạp chất lớn,điện
cực nối với miền này gọi là cực emitơ (E).
+ Miền thứ hai :miền bazơ với nồng độ tạp chất nhỏ nhất và độ dày
của nó cỡ à m , điện cực nối với miền này gọi là cực bazơ(B).
+ Miền thứ ba: miền colectơ,với nồng độ tạp chất trung bình ; và cực tơng ớng là cực colectơ (C).
+Tiếp giáp p-n giữa miền emitơ và bazơ gọi là tiếp giáp emitơ (J E), còn
tiếp giáp p-n giữa miền colectơ và bazơ gọi là tiếp giáp colectơ (JC).
19


2.Các cách mắc tranzitơ

Để có thể khuếch đại công suất thì ta sử dụng 3 loại mạch sau đây:
- Mạch emitơ chung (EC). (a)
- Mạch bazơ chung (BC). (b)
- Mạch colectơ chung (CC). (c)

Uv

Ur

Uv

Ur

(b)

Ur

Uv

(c)

3.Các(a)mạch cung cấp và ổn định chế độ làm việc cho tranzitơ
Để tranzitơ làm việc ở chế độ khuếch đại thì tiếp giáp emitơ phải đợc
phân cực thuận, còn tiếp giáp colectơ đợc phân cực ngợc. Mạch làm nhiệm vụ
này gọi là mạch định thiên. Ngoài ra tranzitơ còn cần có mạch ổn định nhiệt .
- Có các loại mạch định thiên sau :
+ Mạch định thiên bằng dòng cố định
(a)
+ Mạch định thiên bằng áp cố định
(b)
+ Mạch định thiên hồi tiếp điện áp
(c)
+ Mạch đinh thiên hồi tiêp dòng điện (d)
+ Mạch định thiên hồi tiếp hỗn hơp.
(e)

20


4. Tranzito trờng (JFET).
Tranzito trờng (FET), với những u điểm quan trọng trên 2 mặt sử lí gia

công tín hiệu với độ tin cậy cao, và mức tiêu hao năng lợng cực bé. Tranzito
trờng đợc chia làm 2 loại :
+ Tranzito trờng có cực cửa tiếp giáp (JFET)

(h.a)có cấu tạo JFET và cách phân cực bằng trờng ngoài (kênh n), còn đối với
kênh p ngợc lại về cấu tạo và các cực nguồn .
(h.b) kí hiệu qui ớc của JFET với 2 loại kênh dẫn n và kênh dẫn p
21


+ Tranzito trờng có cực cửa cách li (MOS FET).

Hình. Cấu tạo của MOS FET:
a. loại kênh đặt sẵn .
b. loại kênh cảm ứng .
Kí hiệu và qui ớc của MOS FET :
D

D

D
G

G

G

(a.) S

(b)

D

G

(c)S

S

a. loại kênh n đặt sẵn .
b. loại kênh p đặt sẵn .

(d)S

c.Loại kênh n cảm ứng.
d.Loại kênh p cảm ứng .

B. Khuếch đại.

I. Các kiểu

tầng khuếch đại :

1. Khuếch đại dùng tranzito lỡng cực:
Giả thiết tín hiệu vào là hình sin có tần số trung bình, vì vậy trở kháng
của tụ coi nh bằng không, ảnh hởng điện dung kí sinh cũng nh sự phụ thuộc
hệ số truyền đạt dòng điện ( =

Ic
) của tranzito vào tần số coi nh không

Ie

đáng kể .
a.Tầng khuếch đại emitơ chung (EC):

22


Cp1, Cp2 là các tụ nối tầng. Tụ Cp1 loại trừ tác dụng ảnh hởng lẫn nhau
của nguồn tín hiệu và mạch vào về dòng 1 chiều . Mặt khác nó đảm vào cho
điện áp Ub0 trong chế độ tĩnh không phụ thuộc vào điện trở trong của nguồn
tín hiệu Rn. Tụ Cp2 ngăn không cho thành phần 1 chiều và chỉ cho thành phần
xoay chiều ra tải. Điện trở R1, R2 để xác lập chế độ tĩnh của tầng .
- Các hệ số của tầng khuêch đại EC :
+ Hệ số khuếch đại dòng điện :

Ki=

Ir Ic Im c
=
=
<
Iv Ib Im b

Im: biên độ của dòng
:Hệ số khuếch đại dòng tĩnh
+ Hệ số khuếch đại điện áp :

Ku =

Uc
>> 1
Ub

(cỡ hàng chục đến hàng trăm )
+ Hệ số khuếch đại công suất :

Kp= Ki.Ku : rất lớn .

+ Trở kháng vào :
Rv=

Ub Umb
=
Ib Im b

(cỡ 1K đến 3K :khá nhỏ )

+ Trở kháng ra :
Rr =

Uc Umc
=
= (20 K -> 100 K : khá lớn)
Ic
Im c

+ Pha của tín hiệu :
Giả sử en tăng: tiếp giáp emitơ phân cực thuận lớn hơn, IB tăng -> Uc giảm
Tín hiệu ra ngợc pha với tín hiệu vào ( =1800) .

Kết luận: loại mạch này có hệ số khuếch đại rất lớn nên nó đợc sử dụng
rộng rãi trong thực tế, nhng nhợc điểm là tàn số làm việc không cao .

23


b.Tầng khuếch đại bazơ chung (BC)
Sơ đồ đồ nguyên lí có thể vẽ đơn giản nh sau:

- Các hệ số của tầng khuếch đại BC :
+ Hệ số KĐ dòng điện :
Ki =

Ic Im c
1 ( )
=
Ie Im e

Nếu tranzito hoạt động ở chế độ tuyến tính thì Ki .
+ Hệ số KĐ điện áp :
Ku =

Uc Umc Im c.Rt
=
=
Ue Ume Im e.Rv

Chọn Rt >> Rv => Ku >>1 .
+ Hệ số khuếch đại công suất :
Kp = Ku .Ki Ku .

+ Trở kháng vào :
Rv =

Ue
Ue
=
Ie
Ie

=

Ume
(cỡ 10 -> 50 : rất nhỏ )
Im e

+ Trở kháng ra :
Rr =

Uc
Umc
=
Ic
Im c

(cỡ 100K -> 1M : rất lớn )

+ Pha của tín hiệu :
Giả sử en tăng tiếp giáp emitơ đợc phân cực thuật ít đi,nên IE giảm ->
Ic giảm,Urt giảm -> Ur tăng .
Ur cùng pha với điện áp vào k =0 .

*Kết luận : Loại mạch này có tần số làm việc rất cao nên nó đợc dùng
trong các tầng khuếch đại siêu cao tần .
c. Tầng khuếch đại colectơ chung (CC).
Sơ đồ nguyên lí :
24


- Các hệ số của tầng CC.
+ Hệ số khuếch đại dòng điện :
Ki =

Ie
Im e
=
=
Ib
Im b

Ki của EC .

+ Hệ số Khuếch đaị điện áp :
Ku =

Ue
Ume
=
Ub
Umb

1.

+ Hệ số khuếch đại công suất :
Kp = Ku. Ki Ki .
+ Trở kháng vào :
Rv =

Ub
=
Ib

Rr =

Ue Ume
=
Ie
Im e

Umb
Im b

(hàng trăm K : rất lớn )

+ Trở kháng ra :
(30 -> 100

:rất bé )

+ Pha của tín hiiêụ :
En tăng -> tiếp giáp emitơ phân cực thuận lớn nên IB tăng => IE tăng
=> Ur tăng => = 0 - điện áp pha cùng pha với tín hiệu vào .

*Kết luận : mạch CC có trở kháng vào rất lớn, vì vậy nó thờng đợc sử
dụng trong các tầng đầu của máy đo để khỏi ảnh hởng đến kết quả đo; ngoài
ra nó đợc dùng làm mạch ghép để phối hợp trở kháng giữa các tầng khuếch
đại .
d.Tầng khuếch đại đảo pha.

25