chuong 7 : ĐO CÁC THAM SỐ TÍN HIỆU VÀ MẠCH ĐIỆN

CHƯƠNG 7 CHƯƠNG 7 ĐO CÁC THAM SỐ CỦA TÍN HIỆU VÀ MẠCH ĐIỆN 7 1 Đo các tham số điều chế 7 1 1 Đo hệ số điều biên Như ta đã dao động cao tần có dạng hình sin khi được điều biên bằng hàm tin tức đơn âm c.

CHƯƠNG 7

ĐO CÁC THAM SỐ CỦA TÍN HIỆU VÀ MẠCH ĐIỆN

7.1 Đo các tham số điều chế.

7.1.1 Đo hệ số điều biên

Như ta đã dao động cao tần có dạng hình sin khi được điều biên bằng hàm tin tức đơn âm có dạng:

Đồ thị thời gian của dao động điều biên như hình 7-1a, Từ đồ thị này ta có thể xác định hệ số điều biên m:

max min max min

m





Các công thức trên chỉ đúng trường hợp điều biên đối xứng Khi điều chế không đối xứng hình 7-1b, hệ số điều chế được phân thành hệ số điều biên trên và hệ số điều biên dưới

tr

U



d

U



m

U

max

U

min

B

i

A U

Hệ số điều chế biên độ thường được đo bằng 2 phương pháp: phương pháp vẽ đồ thị bằng dao động ký, phương pháp tách sóng

7.1.1.1 Phương pháp vẽ dao đông đồ

Để xác định hệ số điều chế biên độ bằng dao động ký thì có thể dùng 3 cách tạo quét: quét đường thẳng, quét hình sin, quét hình elip

Khi đo bằng phương pháp quét đường thẳng, thì điện áp quét răng cưa được đưa vào phiến lệch ngang , điện áp của dao động cao tần đã điều chế đưa vào phiến lệch đứng

màn dao động ký sẽ có dao động đồ dưới dạng hàm số hình 7-1a: u = f(t) Để đo hệ số

Do đó :

A B m

A B





Muốn có dạng dao động đồ đứng yên thì phải thực hiện đồng bộ giữa điện áp quét

và điện áp điều chế

B A B A B A

Hình 7-2 Dạng hiển thị khi quét hình sin

Khi đo bằng cách quét hình sin, điện áp của dao động đã điều chế được đưa vào cặp phiến lệch đứng, còn điện áp điều chế thì đưa vào cặp phiến lệch ngang Khi đó các hình bao của dao động đã điều chế làm cho tia điện tử dịch chuyển theo phương thẳng đứng

nghiêng của chúng tuỳ thuộc vào hệ số điều biến m Trên màn dao động ký xuất hiện một dao động đồ là miền sáng có dạng hình thang hình 7-2a, hai đoạn thẳng giới hạn trên và dưới của dao động chính là hai đồ thị Litsaju Các đồ thị Litsaju chính là do tác động quét lẫn nhau của hình bao điện áp đã điều chế và điện áp điều chế, khi hai điện áp này không lệch pha nhau Các kích thước hình học A, B của dao động đồ hình 7-2 cũng tương ứng với các trị số cực đại và cực tiểu của điện áp điều chế Vì vậy hệ số điều chế ở đây cũng được xác định công thức (7-4)

Hình 7-2b là dao động có đựoc khi có lệch pha giữa 2 điện áp đưa vào cặp phiến làm lệch Sự dịch pha này có thể thường là do độ khuếch đại của dao động ký gây ra Do

đó khi đo, các điện áp được đưa trực tiếp tới các cặp phiến làm lệch

Hình 7-2c là trường hợp khi có méo không đường thẳng của một trong hai điện áp cung cấp tới các cặp phiến làm lệch

Khi đo bằng cách quét Elip, thì d8iện áp của dao động đã điều chế được đưa vào hệ

dao động ký không làm việc) Trên màn dao động ký xuất hiện dao động đồ là một miền sáng hình vành elip hình 7-3b Các kích thước A,B của vành này tuỳ thuộc vào độ sâu điều chế của điện áp cần đo Hệ số điều chế m cũng đươc tính công thức (6-4) Dường elip chấm chấm hình 7-3b là dao động đồ khi không có điều chế

Phương pháp đo hệ sô điều chế bằng dao động ký có ưu điểm là đơn giản, rõ ràng và

dễ thực hiện Phương pháp này thường được dùng đo điện áp điều chế có dạng thuần sin

và có tần số dải âm tần Nhược diểm của phương pháp này là tần số mang của dao động điều chế còn bị hạn chế bởi dải thông của bộ khuếch đại dao động ký Vì vậy điện áp đo thường đưa trực tiếp tới các cặp phiến lệch của ống tia điện tử

C

y U

A

B

Hình 7-3 Quét Elip

Phương pháp này có thể đo được hệ số điều chế từ (0 100)%, và quan sát được cả chế

độ điều chế Độ chính xác không cao, vì hạn chế bởi các sai số do khả năng tiêu thụ và

Khi tín hiệu điều chế là tiến nói hay âm nhạc, thích hợp hơn là quan sát chúng bằng cách thực hiện quét đường thẳng Tín hiệu được biểu diển dưới dạng hàm số theo thời gian, dễ quan sát nhưng không đo được, vì đặc tính ngẫu nhiên của tín hiệu này

Phương pháp này còn đựợc dùng để quan sát chỉ số điều chế của tín hiệu vô tuyến truyền hình, từ đó có thể kiểm tra các mức trắng đen, các xung xoá, xung đồng bộ hình 7-4 đồ thị tín hiệu toàn phần

x u n g ñ o àn g

b o ä m a ët x u n g ñ o àn gb o ä d o øn g

m ö ùc tr a én g

m ö ùc ñ e n

Hình 7-4 Tín hiệu truyền hình

7.1.1.2 Phương pháp tách sóng

Dùng để đo hiệu số điều chế biên độ dựa vào nguyên lý tách sóng điện áp cao tần đã được điều chế, sau đo đo các thành phần một chiều, xoay chiều của điện áp này

+

_

x

V

Hình 7-5 Mạch đo dùng vôn kế tách sóng có đặc tuyến bậc 2.

Thiết bị đo thực hiện theo phương pháp trên được gọi là máy đo hệ số điều chế Thang đo chỉ thị của máy được khắc độ trực tiếp theo phần trăm của hệ số điều chế m Tuỳ theo thiết bị chỉ thị chọn dùng, phương pháp tách sóng để đo hệ số điều chế có các biện pháp thực hiện khác nhau Phương pháp phổ biến là dùng vôn kế tách sóng có đặc tuyến bậc 2 vôn kế tách sóng đỉnh và vôn kế dùng mạch bù chỉ thị không

Mạch đo dùng vôn kế tách sóng đặc tuyến bậc 2 như hình 7-4, ở đầu vào của mạch này có mắc diôt cao tần Bộ tách sóng này có đặc tuyến đường thẳng, sau diôt tách sóng

là bộ lọc cao tần Như vậy, điện áp ra trên tải của diôt tách sóng là các xung điện áp tần

số thấp Thành phần xoay chiều của điện áp xung chính là dạng hình bao của dao động đã điều chế, tức là điện áp của dao động điều chế

Thành phần của điện áp một chiều, điện áp xung tương ứng với trị số trung bình của

đo bằng đồng hồ đo dòng điện 1 chiều, mạch được mắc thêm cuộn chặn để ngăn thành phần điện áp xoay chiều thành phần điện áp xoay chiều tần số thấp được đo bằng vôn kế

Do vậy, hiệu số điều chế bằng:

1, 41

m

U m

U



(7-5)

Có thể xây dựng trị số chỉ của 2 vôn kế như nhau khi điều chế 100% Bởi vì có như vậy thì thang độ vôn kế đo điện áp xoay chiều mới có thể khắc độ theo (m%) Công thức (7-5) để thực hiện được điều nói trên, thì cần mắc trước vôn kế tách sóng bậc 2 một biến

áp hay một biến áp tư’ ngẫu có hệ số biến áp bằng 1,41

v o ân k e á ñ ö ô øn g

th a ún g

k h u e ác h ñ a ïi

ta àn th a áp v o ân k e á ñ æn h

a n te n tö ô n g

ñ ö ô n g

n g u o àn c u n g

c a áp

m +

m

-Hình 7-6 Mạch đo dùng vôn kế tách sóng đỉnh

Nếu ở mạch đo hình 7-5 thay vôn kế tách sóng bậc 2 bằng vôn kế tách sóng đỉnh, trị

áp tần số thấp Như vậy, có thể xác định trị số hệ số điều chế phần trên và phần dưới theo công thức trong phần đo điện áp Điện áp 1 chiều U- được luôn giữ bằng máy đo điều chế có cấu tạo bằng vôn kế đỉnh như vậy được dùng trong thực tế sơ đồ khối của một trong số những loại này hình 7-6

Hình 7-7 là mạch đo hệ số điều chế bằng vôn kế dùng mạch bù chỉ thị không

( chuyển mạch ở vị trí 1)

Kết quả điều chỉnh này có thể biết được nhờ đồng hồ microampe kế Trị số hạ áp

1

2

21

D

22

D

1

2

2

1

A



V

1

D

Hình 7-7 Mạch đo hệ số điều chế bằng vôn kế dùng mạch bù chỉ thị không.

Vậy hệ số điều chế m:

1 2

1 2

m





Để nâng độ chính xác thì điện áp của dao động điều chế phải có giá trị lớn hơn 20V

7.1.2 Đo các tham số của tín hiệu điều tần.

Dao động sóng mang và tin tức, khi được điều tần thì biểu thức của dao động cao tần sau điều chế có dạng:

f

2





 

: là độ lệch tần

xác định chỉ số điều tần Trong trường hợp yêu cầu độ chính xác cao, người ta đo chỉ số

7.1.2.1 Đo độ di tần

Phương pháp đo độ di tần đơn giản hơn cả là phương pháp tách sóng tần số Nguyên

lý của phương pháp này là biến đổi dao động tần thành dao động điều biên rối sau đó tách sóng biên độ Kết quả là điện áp tách sóng tỷ lệ với điện áp tần số điều chế Điện áp này được đo bằng vôn kế đỉnh mắc ở đầu ra của bộ tách sóng biên độ, do đó thang độ của vôn

kế đỉnh có thể trực tiếp khắc độ theo đơn vị độ di tần (KHz)

D 1

D 2

R

t ô ùi t h i e át

b ò c h æ t h ò

Hình 7-8 Bộ tách sóng tần số.

Dao động điều tần có thể biến đổi thành dao động tần số thấp bằng bộ tách sóng này

 

f

phẩm chất cao, đặc biệt là mạch cộng hưởng Vì nếu thông số của chúng bị thay đổi ít thì cũng gây nên sai số đáng kể

U F

t

t

t



0

Hình 7-9 Đặc tuyến tách sóng tần số

Mạch sơ đồ khối của các thiết bị đo di tần bằng phương pháp tách sóng tần số hình 7-10 Thiết bị này tương tự của máy thu điều tần chuẩn có chất lựong cao, có thêm đồng

hồ đo để trực tiếp chỉ thị các đại lượng cần thiết.Tín hiệu điều chế tần số cần đo được biến đổi thành trung tâm, được khuếch đại và hạn chế rồi đưa tới bộ tách sóng tần số .Điện áp ra của bộ tách sóng này tỉ lệ với độ di tần, đưa ra bộ phận lọc tần số, độ khuếch đại và được đo bằng vôn kế đỉnh Thang độ của vôn kế này được khắc độ theo đơn vị di tần Bộ khuếch đại và bộ hạn chế có tác dụng khử bỏ ảnh hưởng điều chế biên độ ký sinh của tín hiệu đo và giử cho tín hiệu có biện độ không đổi để đưa vào bộ tách sóng Bộ chuẩn của thiết bộ đo dùng để kiểm tra bộ tách sóng tần số và các đồng hồ đo Chuyển mạch CM để đo độ di tần khi điều chế không đối xứng

p h a ân a ùp

m a ïc h v a øo to än ta àn

k h u e ác h ñ a ïi

tr u n g ta àn h a ïn c h e á

ta ùc h s o ùn g

ta àn s o á

b o ä l o ïc th a áp

n g o a ïi s a i b o ä c h u a ån c h æ th ò ñ i e àuc h u a ån c h æ th ò m ö ùc

C M

Hình 7-10 Máy đo độ di tần dùng bộ tách sóng tần số.

7.1.2.2 Đo chỉ số điều tần

Biểu thức của dao động điều tần được biểu diễn như sau :

n n

j







n n

j







Tần số biên của dao động điều tần là 2n.Hình 7-10 là các đồ thị phổ của dao động điều tần ứng với vài trị số của trị số khác nhau

f 0 f f0 f

Hình 7-11 Phổ tín hiệu điều tần

Biểu thức 7-11 lưu ý tới phần đầu của biểu thức này ta thấy biên độ của thành phần

tàn triệt tiêu

Dựa trên hiệu tượng mà ta thực hiện phương pháp đo chỉ số điều tần, gọi là phương pháp đo khi mắc tần số mang

Để thực hiện phương pháp này có 2 cách:giử nguyên tần số điều chế và biên độ của điện áp tần số điều chế Sơ đồ khối của phương pháp chung cho cà 2 phương pháp này như hình 7-13

Việc xác định chỉ số điều tần của 1 bộ tạo dao động ( hay máy phát ) bằng phương pháp đo khi phát hiện mất tần số mang như sau: Ta giử nguyên tần số điều chế mắc ở đầu vào bộ điều chế tần số 1 biến áp để điều chỉnh được biện độ của điện áp điều chế.Đầu ra của bộ phát sóng điều tần có thể dùng 1 máy thu điều tần có dải thông tần hẹp để phát hiện các thời điểm khi mất điện áp của tần số mang

0

0 , 2 5

0 , 5

0 , 7 5

1

- 0 , 2 5

- 0 , 5

J0(mf)

mf

Hình 7-12 Hàm số Betxen bậc không

Dải thông tần của bộ khuếch đại trung tần máy thu cần phải nhỏ hơn 2 lần tần số của tần số điều chế để ngăn các biên tần thứ nhất Đầu tiên ta chỉnh máy thu ở tần số mang của dao động điều chế khi máy phát chưa được điều chế tần số hình 7-11a bộ chỉ thị được điều chỉnh tới trị số đạt thích hợp Nếu bộ chỉ thị là ống nghe thì bộ ngoại sai thứ 2 điều chỉnh sao cho đầu ra tới ống nghe có âm thích hợp

m a ùy p h a ùt

ñ i e àu ta àn m a ïc h v a øo t r o än t a àn

k h u e ác h ñ a ïi

t r u n g t a àn

t a ùc h s o ùn g

b i e ân ñ o ä k h u e ác h ñ a ïit a àn t h a áp

n g o a ïi s a i 1 n g o a ïi s a i 2

t a ùc h s o ùn g

a âm t a àn

M

U f

o án g n g h e

Hình 7-13 Phương pháp đo chỉ số điều tần

Sau đó biến đổi điện áp của tần số điều chế tăng dần , còn tần số điều chế thì vẫn có trị số không đổi như vậy số chỉ của bộ chỉ thị giảm dần và biến mất.ví dụ khi đó biên độ

KHz

Các kết quả đo được lập thành bảng và vẽ được đồ thị biểu diễn đặc tuyến điều chế

thẳng của đặc tuyến điều chế này( xem bảng 7-1 và hình 7-14)

Muốn độ di tần đo được có trị số bé, thì cần phải giảm nhỏ tần số điều chế, như vậy không còn thoả mãn điều kiện dải thông tần của máy thu phải nhỏ hơn 2 lần trị số điều chế Điều này dẩn tới hiện tượng là cả biên tần cũng tới được bộ chỉ thị, do đó không xác định được điểm 0 của thành phần tần số mang

1 0

2 0

3 0

4 0

5 0

6 0

7 0

8 0

9 0

J



Hình 7-14 Đặc tuyến điều chế

Việc xác định chỉ số điều tần còn có thể thực hiện bằng cách giữ nguyên điện áp

giữ nguyên không đổi, chỉ tiến hành biến đổi tần số F của nó bắt đầu từ những trị số cao

hiệu đầu ra biến mất, ta có mf2=5,51, điểm này tương ứng khi F2 = f / m

8,7kHz…

Điện áp

Trị số chỉ số điều chế và độ duy tần khi F=const

(3kHz)

Bảng 7-1 Quan hệ các giá trị điện áp, hệ số điều chế và độ lệch tần

Cách đo thứ nhất có ưu điểm thuận lợi và đầy đủ hơn Vì vậy trên thực tế thường dùng các đo này Độ chính xác của cách đo này cao và có độ chính xác cao hơn khi có dải thông tần của máy thu hẹp hơn

7.1.3 Đo các tham số của tín hiệu điều xung

7.1.3.1 Đo độ rộng và tần số lặp lại của xung

Phương pháp đo các thông số của xung khi điện áp xung nhỏ hơn 100V, là dùng dao động ký xung Phương pháp xác định bằng dao đông đồ này không những cho phép đo được biện độ mà còn đo được các giá trị tức thời của điện áp ở bất kỳ thời điểm nào của tín hiệu xung

Các tín hiệu xung được dùng trong kỹ thuật điện tử có các độ rộng khác nhau, nó vào khoảng từ 1s tới 1ns Đo độ rộng xung thường dùng phương pháp dao động đồ và phương pháp đếm tín hiệu rời rạc Phương pháp dao động đồ được thực hiện bằng cách dùng dao động ký thời gian chuẩn hay dùng cách đo so sánh với xung có chu kỳ, độ rộng

đã biết Các xung chuẩn để so sánh thường dùng là xung có dạng gần giống hình chữ nhật

và hệ số độ rỗng không lớn lắm, để dao động đồ có thể dể dàng có được 2 xung như hình 7-15

Hình này có thể đo được các

do đó có thể tính được độ rộng xung

theo công thức:

1 2

l T l

 

Đo độ rộng xung bằng phương

pháp đếm rời rạc cũng giống như cách

đo khoảng thời gian bằng phương

pháp rời rạc

l 1

l 2

U

t

Hình 7-15 Xung hình chữ nhật

Tần số lập lại của xung thường xê dịch trong khoảng từ vài chục Hz tới vài trăm MHz Phương pháp đo tần số đơn giản và thuận tiện hơn phương pháp so sánh bằng dao động ký Nó được thực hiện bằng cách đưa xung có tần số cần đo vào cặp phiến lệch Y, còn đặt điện áp vào phiến lệch X điện áp từ bộ dao động chuẩn có tần số tương ứng Khi

đó dao động ký không dùng bộ tạo quét Tần số có bộ tạo dao động chuẩn được điều chỉnh để sao cho trên màn hình dao động ký xuất hiện dao động đồ với một xung Như vậy lúc đó tần số của bộ tạo dao động bằng tần số lập lại của xung Độ chính xác của phép đo này được xác định bởi độ chính xác khắc độ của bộ dao động chuẩn Tần số lập lại của xung cỡ ns thì dùng cách đo dao động ký siêu cao tần, hay là dao động ký kèm thêm một thiết bị hoạt nghiệm Tần số lập lại của xung còn có thể đo bằng vôn kế Với yêu cầu đo không cao lắm (sai số lớn hơn 2%) thì có thể dùng tần số kế cấu tạo theo nguyên lý nạp và phóng của tụ điện, còn nếu với yêu cầu cao hơn thì có thể dùng loại tần

kế đếm điện tử

7.1.3.2 Đo khoảng thời gian

Độ dài khoảng thời gian giữa 2 xung là một thông số đặc tính quan trọng ở nhiều quá trình xung, như điều chế tần số xung,điều chế pha xung, đo lường xa, ra đa, xung đồng bộ trong vô tuyến truyền hình…lượng trình khoảng thời gian này thường nằm trong

Đo khoảng thời thường sử dụng phương pháp dao động đồ và phương pháp đếm rời rạc

Phương pháp dao động đồ thường được thực hiện bằng dao động ký có thời gian chuẩn hay dao động ký có quét xoắn ốc

Khi đo khoảng thời gian bằng dao động ký thời gian chuẩn, thì đầu vào cặp phiến lệch Y được đưa tới các xung có khoảng thời gian cần đo.Tần số quét được điều chỉnh để sao cho trên màn hình dao động ký có xuất hiện cả 2 xung.sau đó cho bộ chuẩn khắc độ thời gian công tác.Vì độ dài khắc độ đã biết, nên khoảng thời gian giữa các xung đo đuợc

Khi khoảng thời gian đo lớn hơn, muốn đo theo phương pháp dao động đồ còn dùng cách quét xoắn ốc.Với cách quét này có thể kéo dài quỹ đạo của tín hiệu điện tử trên màn dao động ký tới vài chục lần.Quá trình đo được thực hiện như sau: Khi không có tín hiệu

đo, chùm tia điện tử bị tắt, bộ quét không làm việc.Khi có xung thứ 1 sẽ xác định thời điểm bắt đầu của thời gian đo sẽ kích bộ tạo quét xoắn ốc và cũng tạo xung làm cho có tia điện tử đưa tới cực điều chế của ống hình.Khi có xung thứ 2 tương ứng với thời điểm cuối của khoảng thời gian đo sẽ làm tắt bộ dao động quét và tắt cả chùm tia điện tử.Như vậy, độ dài của khoảng thời gian đo được xác định bằng số vòng của đường xoắn ốc trên màng dao động ký hình 7-16a , chiều dài của 1 vòng đã bíêt Phép đo này có độ chính xác