CHUONG 6 ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC LỆCH PHA

Khái niệm chung về tần số và góc lệch pha : Một tín hiệu dao động thường được biểu diễn : xt = Xmax... Tần số kế cộng hưởng điện-từ bản rung :a.. Trên mạch từ hình chữ U,một miếng sắt đư

CHƯƠNG 6

ĐO TẦN SỐ VÀ GÓC LỆCH PHA

I ĐO TẦN SỐ :

1 Khái niệm chung về tần số và góc lệch pha :

Một tín hiệu dao động thường được biểu diễn :

x(t) = Xmax Sin(.t + )

x

t

Xmax



T

Trong đó :

- Xmax : Biên độ của tín hiệu

-  : Tần số góc của tín hiệu

- (.t + ) : pha của tín hiệu

-  : Pha ban đầu

Chu kỳ (T) : là khoảng thời gian ngắn nhất để tín hiệu lập lại chiều và trị số ban đầu (s)

Tần số (f) : là số chu kỳ trong một giây

f = 1 (Hz)

T

2 Phương pháp đo gián tiếp :

•* Dùng các phần tử thụ động L, C:

V

A

2 2

2 2

2 2

2 2

2

1

X X

X

X L

X L

R I

U f

L

R I

U

R Z

X

I

U R

X Z

X

X

















































X

X R

2 2

2 2

2 2

2 2

2

1

X X

X

X C

X C

R I

U f

C

R I

U

R Z

X

I

U R

X Z

X

X

















































2 2 2

2 2

2 2

2 2

2 2

2 1 2 1











































































I

P I

U f

R I

U f

L

R I

U

R Z

X

I

U R

X Z

X

X X

X

X L

X L

X

X





X

X R

2 2

2

2 2

2 2

2 2

2 2

2

1 2

1











































































I

P I

U f

R I

U f

C

R I

U

R Z

X

I

U R

X Z

X

X X

X

X C

X C

X

X





•* Dùng Oát kế, vôn kế và am[e kế :

V

f x

3 Tần số kế cộng hưởng điện-từ (bản rung) :

a Cấu tạo : gồm một nam châm điện có cuộn

dây quấn Trên mạch từ hình chữ U,một

miếng sắt được gắn chặt với một thanh

rung, trên thanh rung có gắn các lá rung có

tần số dao động riêng fo khác nhau, đầu

các lá rung có gắn một miếng kim loại trên

đó phủ một lớp chất phát quang để dễ quan

sát khi các lá rung dao động.

b Nguyên lý :

Tín hiệu có tần số fx cần đo được đặt vào nam châm điện, từ trường của NCĐ sẽ hút miếng sắt một lực với tần số fx tạo nên dao động làm các thanh rung sẽ rung Lá rung nào có tần số fx = 2.f0 sẽ rung với biên độä cực đại Căn cứ vào biên độ của lá rung mà suy ra fx cần đo.

Tần số kế điện từ có cấu tạo đơn giản,rẻ và độ tin cậy cao nhưng giới hạn

đo hẹp ( 45 ÷ 65 Hz ), sai số ±1,5-2,5% và không sử dụng được nơi có độ

rung lớn và các thiết bị di chuyển.

50 51 52 49

48 47

Lõi thép

Cuộn dây Lá rung

Thanh rung

a Tần số lôgômét điện từ :

* Cấu tạo :

- Cuộn dây A được mắc nối tiếp

với R1, L1

- Cuộn dây B được mắc nối tiếp

với R2, L2, C2

C2

L2

R2

L1

R1

1

I2 A

B

* Nguyên lý :

I1 = Ufx/Z1 = f1(fx) Góc quay của tỷ số kế :

a = f(I1/I2) = f(f1(fx)/f2(fx) = F(fx)

I2 = Ufx/Z2 = f2(fx)

Thang đo của tỷ số kế khắc độ theo tần số cần đo giới hạn đo khoảng 450 ÷ 550 Hz

4 Tần số kế cộng hưởng lô gômét (tỷ số kế) :

b Tần số lôgômét từ điện :

* Cấu tạo :

- Cuộn dây thứ nhất được nối với

L1, C1 và mạch chỉnh lưu

- Cuộn dây thứ hai được nối với

R2, và mạch chỉnh lưu

2

Uf

x

C1

* Nguyên lý :

- Dòng điện I1 sẽ phụ thộc vào tân số : I1 = Ufx/Z1 = f(fx)

- Dòng điện I2 không phụ thuộc vào tần số I2 = Ufx/(r2+R2) = a Góc quay của tỷ số kế :

a = I1/I2 = f(fX)/a) = f(fx) Thang đo của tỷ số kế được khắc độ theo tần số cần đo

5 Đo tần số bằng phương pháp cầu đo : ( cầu Wien )

R1

R2

R4

C3 Khi cầu cân bằng : Z2.Z3 = Z1.Z4

Nếu thực hiện được : R1 = R3 = R và C1 = C3 = C

Thì :

3 1 3 1 1

3

1 3

2

4 3

1 1

3

2

4 1

3

1 3 3

1 1

3

2

4 1

1 3

3

2

4 1

3

2

1 :

:

1

1

C C R R

f R

C

j C

R CBPA

R

R C

C R

R CBPT

R

R R

C

j C

R C

C R

R

R

R jC

R C

j R

Z

Z Z

Z







































































































RC

f



2 1



6 Đo tần số bằng Dao động ký :

a Phương pháp thời gian (chu kỳ) :

- Tần số fx được đưa vào một trục của DĐK

- Điều chỉnh các nút điều khiển của DĐK

để trên OSC xuất hiện dạng tín hiệu

Tính chu kỳ của tín hiệu :

Tx = T’.n -T’ : Time/div (s/ô)

- n : là số ô hay số cm

fx = 1/Tx

OSC OPSILLOCOPE

Y X

fx

Ví dụ :

- T’ : 1ms/ô (cm)

- n = 6ô (6cm) T

x = 1ms.6cm/cm = 6ms

fx = 1/Tx = 1/6.10-6

fx = 16,6.103 = 16,6 KHz

T

x

b Phương pháp hình Lissajious :

- Tần số fx được đưa vào trục X

- Tần số fo được đưa vào trục Y

- Trên OSC xuất hiện một đường sáng (X-Y)

- Điều chỉnh tần số máy phát f0 để đường

sáng ổn định

- Đường sáng sẽ đứng yên nếu tần số của

các tín hiệu chuẩn f0 và cần đo fx bằng nhau

hay bằng tỉ số của các số nguyên

- Kẻ trục tọa độ X,Y cắt đường sáng,đếm số

điểm tiếp xúc của trục tọa độ với các đỉnh

đường sáng

OSC

OPSILLOCOPE

X Y

X Y

Ta có : fx

f0 = ba

- a : Số điểm tiếp xúc của đường sáng với trục X

- b : Số điểm tiếp xúc của đường sáng với trục Y

Ví dụ : ởÛ hình trên

x = 6

Y = 4

2 3

fx = f0

II ĐO GÓC LỆCH PHA :

1.Khái niệm chung :

Hai dao động có tần số như nhau

x1 = X1max sin(.t + 1)

x2 = X2max sin(.t + 2) Góc lệch pha giữa x1,x2 là :

j = x1,x2 = 1 - 2

2

2 Phương pháp đo gián tiếp :

•* Dùng Oát kế, vôn kế và ampe kế:

U

cos= PW

U.I

 = Arccos PW

U.I

- =0 : X1 cùng pha với X2

-  >0 : X1 nhanh pha hơn X2

-  <0 : X1 chậmpha hơn X2 Nếu:

2 Cos kế điện động một pha :

L1

R2 U

B1 B2

I1 I

I2

R A

I1

I2

a Cấu tạo

- Cuộn dây phần tĩnh A mắc nối tiếp với tải

- Cuộn dây phần động B1 mắc nối tiếp với

một cuộn cảm L1 và mắc song song với tải

- Cuộn dây phần động B2 mắc nối tiếp với

một điện trở R2 và mắc song song với tải

b Nguyên lý :

- Góc quay của tỷ số kế

: a = f( )I1.cos(I,I1)

I2.cos(I,I2) = f( )I1.cos(90

0-)

I2.cos

- Chế tạo sao cho I1 = I2

a = f( )sincos = f(tg) -Góc quay a phần động tỷ lệ với Tg hay góc  nên trên thang

đo có thể khắc độ góc  hay cos

2 Đo góc lệch pha bằng Dao động ký :

- Điện áp U1 được đưa vào trục Y

- Điện áp U2 được đưa vào trục X

- Trên OSC xuất hiện một đường sáng có

dạng hình elíp

a Phương pháp đường sáng Lissajious :

OSC OPSILLOCOPE

Y X

A B

Góc lệch pha được xác định :

 = Arcsin B/A Đặc biệt :

 =o o<  <90o  = 90o 90o<  <180o = 180o

b Phương pháp thời gian (chu kỳ) :

OSC OPSILLOCOPE

YAYB

- Điện áp U1 được đưa vào kênh YA

- Điện áp U2 được đưa vào kênh YB

- Trên OSC xuất hiện dạng của hai tín hiệu

2

u1

u

t a

T

Góc lệch pha được xác định :

0 360





T a

