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

Sử dụng đường cong Litxaju Trong máy hiện sóng các tín hiệu có thể được đường cong Litxaju các tín hiệu có thể được đưa vào trên hai bản cực đứng và ngang, hiển thị trên màn hình toạ độ

Trang 1

Ch ươ ng 5 Đ o t ầ n s ố chu k ỳ , th ờ i gian và

góc pha

2

Lý luận chung

Phương pháp so sánh với tần số mẫ

Đo bằng phương pháp đếm xung

Thiết bịđo hệ số cosϕ

Đo góc pha giữa hai tín hiệ

3

T ầ n s ố : S ố chu k ỳ trên m ộ đơ n v ị th ờ i gian

Chu k ỳ : là kho ả ng th ờ i gian nh ỏ nh ấ để tín hi ệ u l ặ p (giá tr ị

và hình dáng) l ạ i

Góc l ệ nh pha c ủ a hai tín hi ệ u :

Hai tín hi ệ u ph ả i có cùng t ầ n s ố

Kho ả ng th ờ i gian (ph ầ n tr ă m c ủ a chu k ỳ ) l ệ ch nhau c ủ a

hai tín hi ệ u

e 1 2

t

T

ϕ = × π

e 2

tt

0

2

360

T

t

T

ϕ

= ×

0

T

pháp so sánh

Bộ phận so sánh

Là máy hiện sóng

Phương pháp trộn sóng

Phương pháp trùng phùng

cuu duong than cong com

Trang 2

5.1.1 Đ o t ầ n s ố b ằ ng mỏy dao độ ng ký

a Sử dụng đường cong Litxaju

Trong máy hiện sóng

các tín hiệu có thể được

đường cong Litxaju

các tín hiệu có thể được

đưa vào trên hai bản cực

đứng và ngang, hiển thị

trên màn hình toạ độ X,Y

Tín hiệu cần đo fxđược

đưa vào trục Y và tín hiệu

mẫu được đa vào trục X

X f

FTSM Y

U x

mẫu được đa vào trục X

Trên màn hình hiện

sóng tạo ra một đường

cong rất phức tạp được gọi

f x

6

cong rất phức tạp được gọi

là Litxaju

Đường cong Litxaju

fx= (n/m) f

Phép so sánh này

fx= (n/m) f

n-số mỳi ngang

m số mỳi dọc

(n,m: nguyên)

Phép so sánh này

được xem là phép so cân bằng

Nếu tín hiệu là dạng

Nếu tín hiệu là dạng hình sin các mũi trên hình Litxaju đẹp và dễ xác định

Máy hiện sóng thường dùng để so sánh tần số các tín hiệu hình sin

7 các tín hiệu hình sin

Trộn súng [1-134]

Trựng phựng [1-136]

8

5.1.2 Đ o t ầ n s ố b ằ ng ph ươ ng phỏp tr ộ n t ầ n:

Nguyên lý: trộn sóng tín hiệu cần đo và tín hiệu mẫu Nguyên lý: trộn sóng tín hiệu cần đo và tín hiệu mẫu

uX= UmsinωXt

u0= Umsin ω0t

ux+ u0= 2Umcos[(ωX-ω0)t/2].sin[(ωX+ω0)t/2]

(ω-ω)/2

U

t

9 (ωX+ω0)/2

Trang 3

Tín hiệu tổng có tần số bằng tổng tần số của hai tín hiệu nhưng

biên độ cũng giao động với tần số (ωX-ω0) Hiện tượng phách

Nếu ωX~ω0 biên độ Umcos(ωX-ω0)t biến thiên rất chậm

Có thể đo tần số phách ∆ωphđể suy ra tần số ωX=ω0+∆ωph

trong một phút

10

Tần số phách sẽ là fph= NX/60

FC - Phát tần chuẩn

Tr - Trộn tần

CL - Chỉnh lưu LTT - Lọc thông thấp

f0 FC

Ux,fx

LTT - Lọc thông thấp FC

Tín hiệu đo và tần số mẫu được đưa vào bộ cộng

Đầu ra của bộ cộng có thể tách sóng và trực tiếp đưa vào một cơ cấu từ điện

Do quán tính của cơ cấu từ điện, thành phần tần số cao không

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

11

Cú rất nhiều phương phỏp

Chỉ xột phương phỏp :

Đếm xung bằng mạch đếm địờn tử

Đếm xung bằng phúng nạp tụđịờn : Tớch phõn 2 sườn

Trang 4

5.2.1 T ầ n s ố k ế đế m xung b ằ ng b ằ ng m ạ ch đế m đ i ệ n

t ử

Tần số là số chu kỳ trong một giây : FX= 1/ TX

Phương pháp dựa vào số xung đếm được trong khoảng

thời gian xác định:

fX=NX/T0

T0được xác định chính xác gọi là thời gian chuẩn

Thông thường T0được xác định là 1s hoặc bội số (10s)

hoặc ước số của giây (0.1, 0.001s)

14

a Sơ đồ khối máy đo

U

Nx

Tín hiệu cần đo Ux

fx

f

Tín hiệu cần đo tần số được cho qua bộ tạo xung hẹp có tần số

T0

fx

hẹp có tần số bằng tần số của tín hiệu vào

Thời gian đếm T0,được tạo nên bởi một bộ phát thời gian chuẩn và bộ chia tần thành các T0thích hợp, điều khiển

đóng mở bộ khoá điện tử cho xung fX vào bộ đếm xung

15 vào bộ đếm xung

U

Nx

Giả thử trong

thời gian T0 xung

thứ nhất mở khoá Ux

fx

0

thứ nhất mở khoá

điện tử cho fx vào

bộ đếm, xung thứ

T0

fx

T

N

f x

x =

bộ đếm, xung thứ

điện tử

0

T

fx =

Với cách bố trí T0là những bội ước số thập phân với nhau

ở chỉ thị lúc này chỉ cần thay đổi dấu phẩy

0

1

T X

fx

Sai số:

1/Nx –Sai số lượng tử của bộ đếm

γ –Sai số của bộ phát tần số mẫu

16

X

N

γT0–Sai số của bộ phát tần số mẫu

b Nh ậ n xột

Khi đo tần số rất cao số xung NXlớn, thời gian đếm T0

có thể nhỏ và cần xét đến ảnh hưởng của tốc độ tác động của khoá và tốc độ đếm

Khi đo tần số thấp NXnhỏ gây sai số

Tăng NXbằng một trong những biện pháp:

- Tăng thời gian đếm T0

- Nhân tần số fxvới một hệ số cố định KNX

17

Trang 5

Sơ đồ khối

Trigơ

Schmit

Tín hiệu vào

KĐ

1 : Mạch đếm thập

phân.

Q Q

Bộ định thời gian

Flip-flop phân.

2 : Mạch khoá

3 : BCD tới giải mã 7

thanh.

Cấu tạo của hệ thống Chọn dấu

thời gian Tạo thời gian chuẩn

Công tắc chọn dấu chấm thập

Cấu tạo của hệ thống

đo tần số hiện số gồm

hai phần chính:

- Bộ đếm.

- Bộ tạo thời gian

Chọn dấu

Lối vào khoá

Lối vào reset

- Bộ tạo thời gian

2 3

1 2 3

18 Màn hiện thị

Tín hiệu vào

Ra trigơ

: Dùng để reset các mạch đếm và

đóng mở mạch khoá Đầu ra ở Q

Ra trigơ

smith

1

Bộ định thời gian

đóng mở mạch khoá Đầu ra ở mức 0 trong suốt thời gian đếm, do

đó các mạch khoá đều ngắt Cuối thời gian đếm =1 →đóng mạch

Q

FF Q T

1

thời gian chuẩn

thời gian đếm =1 →đóng mạch khoá →bộ hiển thị sẽ hiển thị trạng thái cuối của bộ đếm

Trong thời gian hiển thị, mạch

Q

1 Q

Trong thời gian hiển thị, mạch AND ngắt, không có đếm Vì thế các

số này sẽ không đổi và còn đ−ợc giữ thêm trong cả thời gian đếm của

AND

AND đóng

-đếm

AND ngắt Mạch khoá

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

19

đếm Mạch khoá

đóng

Sai số của máy đo tần số hiện số : ±một số đếm ±sai số do gốc thời gian

c Mạch đo chu kỳ

Ux

N

x

S đồ được thực hiện như sau: T0

Ux

f x

T

fx

S đồ được thực hiện như sau:

T0 CH T

FX M

T

TX

Ux TX

T

fx 0

.

1

f N

fx =

NX

2 T ầ n s ố k ế đế m xung b ằ ng phúng n ạ p t ụ đ i ệ n: Tớch phõn hai s ườ n

phõn hai s ườ n

Nguyên lý chung

Kết hợp cơ cấu đo từ điện với bộ chuyển đổi tần số thành dòng điện bằng linh kiện điện tử →tần số kế bằng linh kiện điện tử →tần số kế

điện tử

Itb∈fX: Khắc độ trực tiếp từ Itb↔

f trên dụng cụ đo

fXtrên dụng cụ đo

Chế tạo sao cho ở tần số cần đo

tụ kịp tích và phóng

Đo đ−ợc giải tần từ vài chục Hz

đến (500 ữ600KHz)

Qua biến đổi độ chính xác không cao lắm, cấp chính xác : 1 ữ4

cao lắm, cấp chính xác : 1 ữ4

Trang 6

Tín hiệu mang tần số fX làm

nhiệm vụ điều khiển chuyển

mạch từ vị trí 1→2 hoặc từ 2→ 1 2

mạch từ vị trí 1→2 hoặc từ 2→

1

Khi chuyển mạch ở vị trí 1, tụ

điện tích điện : (t∈f )

điện tích điện : (t∈fX)

X tb f I It Idt

q=∫ = = ì 1

X X

I = ì =

→

22

Ta có một bộ đếm điện tử có số đếm tối đa là 99999, một bộ phát xung mẫu 1MHz sai số 10-6

mẫu 1MHz sai số 10-6

1. 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 đ−a thẳng ra phần hiện thị

2. Đo góc pha giữa hai điện áp 50Hz ta đ−ợc con số 2000, tính góc pha ϕ

bằng độ

23

Dựng logomột đ i ệ n độ ng:

cu ộ n dõy c1và c2

U1,U2qua bộ tạo xung để tạo nguồn dòng

θθθθ

vào cơ cấu chỉ thị.

Trong khoảng thời gian t ϕ có một điện tích

q ϕ = It ϕ đi qua cơ cấu

U

I I

Z U

C 2

Dũng qua đ i ệ n tr ở R và L l ệ ch

nhau m ộ t gúc π /2

2

V

i L

U 2 Z c

U 1

I R I L

Vi ế t ph ươ ng trỡnh cõn b ằ ng

mụmen, gúc quay c ủ a c ơ c ấ u:

2

R

V

i

R

2 cos(ω

L

i L

θ ω

ϕ= L

24

θ ω

ϕ tan tan

R

L

=

5.4 Phazomột chỉ thị số

e 1 e 2 tt

Xác

5.4 Phazomột chỉ thị số

t ϕ = Nϕ.t0

2

t 0

U1

định zero

Khoá

Đếm

t ϕ = Nϕ.t0

t0 phải đủ nhỏ để Nϕ lớn.

2 Nϕ

ϕ π =

θθθθ

t

t 0

clock

U2

Chu kỳ: T=NT.t0

Phộp đ o pha cú th ể đ o

2

T N

ϕ π =

Xác

định zero

Không cho phép

đo

clock

U2

Phộp đ o pha cú th ể đ o

đơ n: quá trình đo chỉ tiến hành một lần và dừng lại

Phộp đ o c ũ ng cú th ể

l ặ p l ạ i nhi ề u l ầ n, t ϕ là zero

l ặ p l ạ i nhi ề u l ầ n, t ϕ là trung bình của nhiều lần

phương phỏp nhõn tầ

25

phương phỏp nhõn tầ

Trang 7

5.4.2 Phazomét b ằ ng ph ươ ng pháp nhân t ầ

Nh©n

360 0 f f

f/2 f

U1

1/2

Nh©n tÇn

t

θθθθ

Ae

NOR

t

θθθθ

f

U1

1/2

C Dec Mem

Ae

t f f/2 Mem Dec C

Af

LÖnh

chia

Clock

DX

26

Clock

S dụng hình Litxaju

27

Trang 8

Ch ươ ng 6: Dao độ ng ký và thi ế t b ị t ự ghi

30

ố ng thu ỷ tinh đượ c rỳt chõn khụng < 10 -4 P

Ngu ồ n phỏt tia đị ờn

t ử Nikel Oxit Barium, storium và Calci nhi ệ

độ đượ c nung c ỡ

đế n 1100 0 K

Đ i ệ n t ử đặ t trong đ i ệ n tr ườ ng ch ị u m ộ t l ự c F=e.E; M ặ t khỏc F=m.a

31

F=e.E; M ặ t khỏc F=m.a

Chuy ể n độ ng c ủ a đị ờn t ử v ớ i gia t ố c a là L=1/2 at 2

Đặ c tớnh c ủ a m ộ t s ố lo ạ i Phosphor đượ c s ử

d ụ ng

Phospho huỳnh quang cường độ

sáng

tốc độ ghi

độ suy giảm điện trở đốt

nóng tương

Chú thích sáng

tương

đối,%

ghi hình tương

đối, %

nóng tương

đối

P1 vàng- xanh lá cây 50 20 trung bình trung bình thường dùng

thay thế cho P31 P4 Trắng 50 40 trung

bình/ngắn trung bình/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 trung bình Dùng cho

P11 màu xanh da trời 15 100 trung

bình/ngắn trung bình Dùngmáy ảnhcho P31 xanh lá cây 100 50 trung

bình/ngắn

Cao

32

Màn hỡnh màu gồm

3 màu cơ bản :

Đỏ

xanh lỏ cõy

xanh da trời

Bắt đầu cú từ khoảng những năm 50

33

Trang 9

T ổ ch ứ c ố ng phóng tia đ i ệ n t ử thành màn

hình hi ệ n th ị trong oscilloscope

34

B ả ng thông tin v ề đặ c tính c ủ a thi ế t b ị hi ệ n

th ị CRT

35

Hiện thị theo dạng tín hiệu theo thời gian

Chức năng Vol/div Như Volmét, nhỏ nhấ µV/div

Chức năng Time/div ( Time base): ns

Chức năng Position

Trang 10

S ơ đồ nguyờn lý c ủ a mỏy dao độ ng ký

Vào trực

Độ sáng

(Z) Vị trí theo chiều dọc +

-Anốt

Vào trực

tiếp chiều

dọc (Y)

Khuếch đại Chiều dọc(Y)

-Catốt

Ngoài Chọn

Chiều dọc(Y)

Khuếch đại ngang(X)

CRT

Đầu vào trực

tiếp (X)

Đầu vào chiều

-Lưới

Vị trí chiều ngang

-Chọn

Đầu vào

đồng bộ (trigger)

bên ngoài

Ngoài Trong

Chọn chế độ quét

= Nguồn cung cấp một

Trong

Khuếch đại

đồng bộ Line

+

-Chọn

đồng bộ bên ngoài

Mạch tạo chấm

Bộ tạo răng cưa

Nguồn cung cấp một chiều Line

Nối vào đàu

38

Mạch tạo chấm chấm

đến đướng tần số Mạch tạo dao động

chuẩn

Nối vào đàu

vào chiều dọc

39

Khuếch

đại A/D Cất số liệu D/A Khuếch

Tín

hiệu

vào

đại

CRT Y vào

Phần tạo tín Khuếch

X Y

Đ/K logic Phần tạo tín hiệu quét Khuếch đại

40

Que đo: thường dựng loại BNC(đầu cắm banana hoặc PL-259 ) Dõy loại này cú điện dung 20pF/ foot; điện trở 1MΩ

Dõy loại này cú điện dung 20pF/ foot; điện trở 1MΩ

Vấn đề cỏch địờn cho dõy đo: sử dụng bộ chặn RF

V ấ n đề t ự c ộ ng h ưở ng

41

Trang 11

43

Trang 12

base- Tạo tín hiệu quét ngang

RC

dt RC

U

-+

RC RC

+

47

Dùng để quan sát tín hiệ

Dùng đểđo địên áp

Dùng đểđo tần số

Đo góc pha giữa hai tín hiệ

48

L c song song

Phương pháp ngoại sai

Phân tích phổ tín hiệu theo thuật toán biến đổi Fourier: FFT

49

Tiêu đề	Chương 5. Đo Tần Số Chu Kỳ, Thời Gian Và Góc Phụ Pha
Trường học	Trường Đại học Điện lực
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Giáo trình
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	12
Dung lượng	1,58 MB