CHƯƠNG 5 ĐO TẦN SỐ CHU KỲ, THỜI GIAN VÀ GÓC PHA

Nội dung
Chương 5. Đo tần số chu kỳ, thời gian và
góc pha

Lý luận chung
Phương pháp so sánh với tần số mẫu
Đo bằng phương pháp đếm xung
Thiết bị đo hệ số cosϕ
Đo góc pha giữa hai tín hiệu

2

5.1.Phương pháp đo tần số bằng phương
pháp so sánh

Một số khái niệm cơ bản
Tần số: Số chu kỳ trên một đơn vị thời gian
Chu kỳ: là khoảng thời gian nhỏ nhất để tín hiệu lặp (giá trị
và hình dáng) lại
Góc lệnh pha của hai tín hiệu :

Bộ phận so sánh
Là máy hiện sóng
Phương pháp trộn sóng
Phương pháp trùng phùng

Hai tín hiệu phải có cùng tần số
Khoảng thời gian (phần trăm của chu kỳ) lệch nhau của
hai tín hiệu

ϕ=

ϕ=

t
× 2π
T0
t
× 3600
T0

3

e
1
e
2

t

4

5


Đng cong Litxaju

5.1.1. o tn s bng mỏy dao ng ký

a. S dng ng cong Litxaju

Trong máy hiện sóng

các tín hiệu có thể đợc
đa vào trên hai bản cực
đứng và ngang, hiển thị
trên màn hình toạ độ X,Y.
Tín hiệu cần đo fx đợc
đa vào trục Y và tín hiệu
mẫu đợc đa vào trục X.
Trên màn hình hiện
sóng tạo ra một đờng
cong rất phức tạp đợc gọi
là Litxaju .

fx= (n/m) f
n-s mỳi ngang
m s mỳi dc
(n,m: nguyên)

đờng cong Litxaju

Ux

X
Y

FTSM
f

fx

Phép so sánh này

đợc xem là phép so cân
bằng
Nếu tín hiệu là dạng
hình sin các mũi trên
hình Litxaju đẹp và dễ
xác định
Máy hiện sóng thờng
dùng để so sánh tần số
các tín hiệu hình sin.

6

5.1.2. Phng phỏp trn tn, trựng phựng
( t c)
Trn súng [1-134]
Trựng phựng [1-136]

7

5.1.2.Đo tn s bng phng phỏp trn tn:
Nguyên lý: trộn sóng tín hiệu cần đo và tín hiệu mẫu
uX = UmsinXt
u0 = Umsin 0t
ux + u0 = 2Umcos[(X-0)t/2].sin[(X+0)t/2]
U

(X-0)/2

t

(X+0)/2
8

9


S khi
Tần số phách sẽ là fph = NX/60

Tín hiệu tổng có tần số bằng tổng tần số của hai tín hiệu nhng
biên độ cũng giao động với tần số (X-0) Hiện tợng phách.
Nếu X~0
biên độ Umcos(X-0)t biến thiên rất chậm
Có thể đo tần số phách ph để suy ra tần số X =0+ph
Đo bằng một cơ cấu từ điện bằng cách đếm số chu kỳ
trong một phút.

Ux,fx

Tr
FC

CL

f0

LTT

FC - Phát tần chuẩn
Tr - Trộn tần

CL - Chỉnh lu
LTT - Lọc thông thấp

Tín hiệu đo và tần số mẫu đợc đa vào bộ cộng
Đầu ra của bộ cộng có thể tách sóng và trực tiếp đa vào một cơ
cấu từ điện
Do quán tính của cơ cấu từ điện, thành phần tần số cao không
tác động vào cơ cấu còn thành phần biên độ biến thiên chậm làm
cho cơ cấu quay.

10

11

5.2.Tn s k
Cú rt nhiu phng phỏp
Ch xột phng phỏp :
m xung bng mch m ờn t
m xung bng phúng np t ờn : Tớch phõn 2 sn.

12

13


5.2.1. Tn s k m xung bng bng mch m in
t

a. Sơ đồ khối máy đo
Nx

Tín hiệu cần đo
tần số đợc cho
qua bộ tạo xung
hẹp có tần số
bằng tần số của
tín hiệu vào.

Tần số là số chu kỳ trong một giây : FX= 1/ TX
Phơng pháp dựa vào số xung đếm đợc trong khoảng
thời gian xác định:
fX=NX/T0
T0 đợc xác định chính xác gọi là thời gian chuẩn
Thông thờng T0 đợc xác định là 1s hoặc bội số (10s)
hoặc ớc số của giây (0.1, 0.001s)

Ux
TX

KĐT

ĐX

fx
fx

CT

T0
CHT

FXM

Thời gian đếm T0,đợc tạo nên bởi
một bộ phát thời gian chuẩn và bộ chia
tần thành các T0 thích hợp, điều khiển
đóng mở bộ khoá điện tử cho xung fX
vào bộ đếm xung

14

15

b. Nhn xột
Giả thử trong
thời gian T0 xung
thứ nhất mở khoá
điện tử cho fx vào
bộ đếm, xung thứ
hai đóng khoá
điện tử
N

fx =

Nx
Ux
TX

KĐT

ĐX

CT

fx

x

fx

T0
CHT

FXM

T0

Với cách bố trí T0 là những bội ớc số thập phân với nhau
ở chỉ thị lúc này chỉ cần thay đổi dấu phẩy.
Sai số:

fx =

1
+ T0
NX

Khi đo tần số rất cao số xung NX lớn, thời gian đếm T0
có thể nhỏ và cần xét đến ảnh hởng của tốc độ tác động

của khoá và tốc độ đếm.
Khi đo tần số thấp
NX nh
gây sai số
Tăng NX bằng một trong những biện pháp:
- Tăng thời gian đếm T0
- Nhân tần số fx với một hệ số cố định KNX
- Chuyển đo tần số sang đo chu kỳ

1/Nx Sai số lợng tử của bộ đếm
T0 Sai số của bộ phát tần số mẫu
16

17


Sơ đồ khối

Tín hiệu vào

Tín hiệu vào

Trigơ
Schmit

KĐ

Q

1 : Mạch đếm thập

Bộ định
phân.
thời gian
2 : Mạch khoá
3 : BCD tới giải mã 7 Tạo thời gian chuẩn
thanh.
Cấu tạo của hệ thống
Chọn dấu
đo tần số hiện số gồm
Lối vào reset
hai phần chính:
- Bộ đếm.
- Bộ tạo thời gian
1
chuẩn.
2

Flip-flop
Q
Công tắc chọn
dấu chấm thập
phân

AN
D

Lối vào khoá

3

1

1

1

2

2

2

3

3

3

Lối vào

Màn hiện thị

Q : Dùng để reset các mạch đếm và
đóng mở mạch khoá. Đầu ra Q ở
mức 0 trong suốt thời gian đếm, do
đó các mạch khoá đều ngắt. Cuối
thời gian đếm Q =1 đóng mạch
khoá bộ hiển thị sẽ hiển thị trạng
thái cuối của bộ đếm.
Trong thời gian hiển thị, mạch

AND ngắt, không có đếm. Vì thế các
số này sẽ không đổi và còn đợc
giữ thêm trong cả thời gian đếm của
chu kỳ sau kéo dài thời gian hiển
thị.
Sai số của máy đo tần số hiện số
: một số đếm sai số do gốc thời
gian.

Ra trigơ
smith
Bộ định
thời gian 1
chuẩn
T

FF Q

1

Q

AND
AND đóng đếm

18

N

c. Mch o chu k

Ux
fx

KĐ
T

fx

FXM

ĐX

C
T

Nguyên lý chung

T0

S c thc hin nh sau:

CH
T

KĐT

ĐX

FX

M
CT

Nx

f0
TX

Tx = T0 ì N X
1
fx =
. f0
NX

TX

19

2. Tn s k m xung bng phúng np t in: Tớch
phõn hai sn

x

TX

AND ngắt.
Mạch khoá
đóng

Ux

fx

20

1

2

Kết hợp cơ cấu đo từ điện với bộ
chuyển đổi tần số thành dòng điện
bằng linh kiện điện tử tần số kế
điện tử
Itb fX : Khắc độ trực tiếp từ Itb
fX trên dụng cụ đo.
Chế tạo sao cho ở tần số cần đo
tụ kịp tích và phóng.
Đo đợc giải tần từ vài chục Hz
đến (500 ữ 600KHz).
Qua biến đổi độ chính xác không
cao lắm, cấp chính xác : 1 ữ 4.
21


Bi tp
Tín hiệu mang tần số fX làm
nhiệm vụ điều khiển chuyển
mạch từ vị trí 1 2 hoặc từ 2
1.
Khi chuyển mạch ở vị trí 1, tụ
điện tích điện : (t fX)

q = Idt = It = I tb ì

1

2
1.

1
fX

2.

Ta có một bộ đếm điện tử có số đếm tối đa là 99999, một bộ phát xung
mẫu 1MHz sai số 10-6.
Lập sơ đồ đo tần số. Xác định thời gian đếm khi đo tần số
10MHz,0.1MHz, và 50Hz. Điều kiện tận dụng tối đa bộ đếm, và từ bộ
đếm đa thẳng ra phần hiện thị.
Đo góc pha giữa hai điện áp 50Hz ta đợc con số 2000, tính góc pha
bằng độ

I tb = q ì f X = CUfX

22

23

5.3.o gúc lch pha ca li in
Dựng logomột in ng:
cun dõy c1v c2

Dũng qua in tr R v L lch
nhau mt gúc /2

iR =

V 2
R

5.4. Phazomột ch th s



U1,U2 qua bộ tạo xung để tạo nguồn dòng
vào cơ cấu chỉ thị.
I
Trong khoảng thời gian t có một điện tích
q= It đi qua cơ cấu

I
C1

B
C2

U2 Zc

U1
IR

V 2

iL =
cos(t )
L
2

Vit phng trỡnh cõn bng
mụmen, gúc quay ca c cu:

tan =

e
1
e t
2

IL

L
tan
R
24

t = N.t0
t0 phải đủ nhỏ để N
lớn.
N
= 2
NT

Chu kỳ: T=NT.t0
Phộp o pha cú th o
n: quá trình đo chỉ tiến
hành một lần và dừng lại
Phộp o cng cú th
lp li nhiu ln, t là
trung bình của nhiều lần
đo

U1

Xác
định
zero

B

Đếm

0

U2

0
Xác
định
zero

Lệnh đo

t
t

Khoá

clock
Không
cho phép
đo

Ci tin mch ny bng
phng phỏp nhõn tn
25


5.4.2. Phazomét bằng phương pháp nhân tần

U1
t

f

1/2

Ae

f

f/2

Sử dụng hình Litxaju

Nh©n
tÇn

3600f
θ

θ

NOR

f/2

Mem

P

θ
U1

Đo góc lệch pha bằng oscilloscope

Ae
1/2
t

f
LÖnh

Dec

C

chia

Clock

Af

DX

26

Ví dụ

27

Ví dụ-Universal counter

28

29


Phn t CRT
ng thu tinh c rỳt chõn khụng < 10-4P
Ngun phỏt tia ờn
t Nikel Oxit Barium,
storium v Calci nhit

c nung c
n 11000K

Chng 6: Dao ng ký v thit b t ghi

in t t trong in trng chu mt lc
F=e.E; Mt khỏc F=m.a
Chuyn ng ca ờn t vi gia tc a l L=1/2 at2
30

c tớnh ca mt s loi Phosphor c s
dng

Mn hỡnh CRT mu v tinh th lng

Phospho huỳnh quang

cờng độ
sáng
tơng
đối,%

tốc độ
ghi
hình
tơng
đối, %

độ suy giảm

điện trở đốt
nóng tơng
đối

Chú thích

P1

vàng- xanh lá cây

50

20

trung bình

trung bình

thờng dùng
thay thế cho
P31

P4

Trắng

50

40

trung
bình/ngắn

trung
cao

hiện thị TV

P7

màu xanh da trời

35

75

dài

trung bình

suy giảm lấu
có thể đề
hiện thị đúp

P11

màu xanh da trời

15

100

trung
bình/ngắn

trung bình

Dùng
cho
máy ảnh

P31

xanh lá cây

100

50

trung
bình/ngắn

Cao

bình/

31

Mn hỡnh mu gm
3 mu c bn :

xanh lỏ cõy
xanh da tri
Bt u cú t khong nhng nm 50

32

33


Tổ chức ống phóng tia điện tử thành màn
hình hiện thị trong oscilloscope

Bảng thông tin về đặc tính của thiết bị hiện
thị CRT

34

Tiếp

35

Chức năng của dao động ký
Hiện thị theo dạng tín hiệu theo thời gian
Chức năng Vol/div
Như Volmét, nhỏ nhất µV/div
Chức năng Time/div ( Time base): ns
Chức năng Position

36

37


S nguyờn lý ca mỏy dao ng ký
Độ sáng
(Z)
Vào trực
tiếp chiều
dọc (Y)

Vị trí theo chiều
dọc
+

-

Anốt
Khuếch đại
Chiều dọc(Y)

Đầu vào (Y)
Đầu vào trực
tiếp (X)
Đầu vào chiều
ngang (X)
Trong

Catốt

Ngoài

Lới
Khuếch đại
ngang(X)

Chọn
chế độ
quét
Ngoài Trong

Đầu vào
đồng bộ (trigger)
Line
bên ngoài

CRT

-

+
Vị trí chiều ngang

Khuếch
đồng bộ

đại

Chọn
đồng bộ

Bộ tạo
răng ca

Nối vào đàu
đến đớng tần số
vào chiều dọc

+
=
Nguồn cung cấp một
chiều

Mạch tạo chấm
chấm

Mạch tạo dao động
chuẩn

38

Mỏy hin súng s

Khuếch
đại

39

Cỏc phn t kt ni vi dao ng ký
Que o: thng dựng loi BNC(u cm banana hoc PL-259 )
Dõy loi ny cú in dung 20pF/ foot; in tr 1M

Vn cỏch ờn cho dõy o: s dng b chn RF

A/D

Cất số liệu

D/A

Khuếch
đại

Tín
hiệu
vào

CRT

Vn t cng hng

Y
X

Đ/K logic

Phần tạo tín
hiệu quét

Khuếch
đại

40

41


Ví dụ

42

Ví dụ

43

Ví dụ

44

45


Chức năng Time baseTạo tín hiệu quét ngang

U ra = ∫

Uv
1
dt =
∫ U v dt
RC
RC

R

C
+

a)

b)

46

ứng dụng của dao động ký

47

Máy phân tích phổ

Dùng để quan sát tín hiệu
Dùng để đo địên áp
Dùng để đo tần số
Đo góc pha giữa hai tín hiệu

Lọc song song
Phương pháp ngoại sai
Phân tích phổ tín hiệu theo thuật toán biến đổi Fourier: FFT

48

49