2016 01 bai 4 may hien song DLD

Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết vĐây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết Đây là tài slide bài giảng chi tiết dùng để giảng dạy tại trường kĩ thuật rất chi tiết

Nội dung

Phần I : Nguyên lý xây dựng máy hiện sóng

Phần II : Sơ đồ cấu trúc và các chế độ làm việc của máy hiện sóng

Phần III : Vấn đề mở rộng đặc tính của máy

hiện sóng

Phần IV : Máy hiện sóng số

Khái niệm chung về

máy hiện sóng điện tử

Kh ái niệm chung

Máy hiện sóng (MHS) là thiết bị đo lường vạn năng dùng để quan

sát dạng tín hiệu và đo các thông số của tín hiệu

Ứng dụng của MHS:

 Quan sát dạng tín hiệu

 Đo các thông số của tín hiệu (biên độ, tần số, chu kỳ, góc lệch

pha giữa hai tín hiệu)

 Vẽ đặc tuyến tần số của các bộ khuếch đại, vẽ đặc tuyến từ trễ

của lõi sắt từ

 Làm chỉ thị cân bằng cho các cầu đo

 Được sử dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật VTĐ và các ngành

KHKT khác

Ph ân loại MHS

Theo nguyên lý hoạt động:

 MHS điện cơ

 MHS điện tử

Phân loại MHS điện tử:

 Theo số lượng tia điện tử:

MHS 1 tia; MHS 2 tia; MHS nhiều tia

 Theo khả năng lưu ảnh:

MHS không lưu ảnh (tLA<0,1s); MHS lưu ảnh (tLA≥0,1s);

 Theo chức năng:

MHS thông dụng; MHS chuyên dụng

 Theo trường điều khiển tia điện tử:

MHS điều khiển bằng từ trường ; MHS điều khiển bằng điện trường

 Theo nguyên lý:

MHS tương tự; MHS số

Phân loại MHS số:

 MHS số không có nhớ; MHS số có nhớ

Phần I

Nguyên lý xây dựng máy hiện sóng

1 Ống tia điện tử trong MHS

2 Nguyên lý quét trong MHS

3 Nguyên lý đồng bộ trong MHS

1.1 Ống tia điện tử trong MHS

Ống tia điện tử (Cathod Ray Tube – CRT)

Phương tiện vẽ dạng tín hiệu trong MHS, với:

 “Bút” là tia điện tử

 “Giấy” là màn huỳnh quang

Ống thuỷ tinh được hút chân không, có các

điện cực sắp xếp theo một qui tắc nhất định

Cấu tạo của ống tia điện tử

Cấu tạo của ống tia điện tử

Súng phóng điện tử (electronic gun):

 Chức năng: tạo chùm tia điện tử với các thông số cần thiết

(động năng, độ hội tụ)

 Bao gồm: sợi đốt (S), katot (K), lưới điều khiển (L), các anot

hội tụ (A1) và anot tăng tốc (A2)

 Chức năng: hiển thị hình ảnh khi có tia điện tử bắn tới,

 Bao gồm: màn huỳnh quang M (chất liệu phụ thuộc màu sắc

và độ lưu ảnh)

Hoạt động của ống tia điện tử

Chùm tia điện tử đi qua các điện trường giữa L-A 1 và A 1 -A 2 được

hội tụ thành một tia mảnh bắn vào màn hình, gây phát sáng tại điểm

tiếp xúc với chất huỳnh quang trên màn

 Thay đổi độ hội tụ bằng cách thay đổi điện thế trên A1 (chiết áp R 2

-chiết áp “hội tụ”)

 Thay đổi độ sáng bằng cách thay đổi điện thế trên lưới điều khiển L

(chiết áp R 1 - chiết áp “độ sáng”)

Các cặp phiến PĐ và PN “lái” tia điện tử theo các trục tương ứng

Các cặp phiến phải không có điểm chung để điều khiển độc lập và

được cấp điện đối xứng

Anốt đại cao áp A 3 (10÷20KV) có chức năng khắc phục hiện tượng

điện tử phát xạ thứ cấp từ màn huỳnh quang

Mặt trước của máy hiện sóng

Mặt trước của một MHS hai tia điển hìnhTỷ lệ xích

biên độ

Hội tụ

Độ sáng

Tỷ lệ xích đường quét

Độ nhạy của ống tia điện tử

Độ nhạy của ống tia điện tử

áp điều khiển đặt lên phiến làm lệch

 Đơn vị mm/v

Độ nhạy của MHS

Độ nhạy của MHS: độ dịch chuyển của điểm sáng trên màn dưới

tác dụng của một đơn vị điện áp đầu vào của MHS

Độ nhạy của MHS phụ thuộc:

 Độ nhạy của ÔTĐT

 Hệ số khuếch đại của các BKĐ trong máy

Độ lệch của tia điện tử theo các trục Y và X, tương ứng với điện

áp Uy và Ux đưa tới đầu vào

0

0

2.2 Nguyên lý quét trong MHS

a) Nguyên lý tạo ảnh và khái niệm quét

trong MHS

b) Các chế độ quét trong MHS

a) Nguyên lý tạo ảnh trên màn MHS

U y (t) Y

Khái niệm về quét

Nhận xét:

1) Nếu t ∞ thì Ux ∞  không thực tế vì màn

hình có giới hạn

Do vậy, Ux cần có dạng răng cưa (“ quét ”), và

Ux được gọi là điện áp quét

2) Cần đưa xung âm tới lưới điều khiển trong thời

gian quét ngược để dập tắt đường quét ngược

3) Nếu điện áp quét không tuyến tính  hình ảnh

sẽ méo dạng

Khái niệm về quét

b) Các chế độ quét

Quét thẳng: điện áp quét có dạng tuyến tính

 Quét liên tục: điện áp quét răng cưa liên tục

Ứng dụng: nghiên cứu tín hiệu liên tục

 Quét đợi: điện áp quét răng cưa rời rạc

Ứng dụng: nghiên cứu dãy xung tuần hoàn có “độ hổng lớn” hoặc dãy xung không tuần hoàn

Khuếch đại: điện áp quét có dạng Ux=φ(t)  hình ảnh là Lissajous

 Quét sin (còn gọi là chế độ X-Y): điện áp quét có dạng hình sin

Quét e-lip: hình ảnh nhận được hình e-lip

Quét tròn: hình ảnh nhận được hình tròn

Quét xoắn ốc: hình ảnh nhận được hình xoắn ốc

Ứng dụng: đo tần số, góc lệch pha, vẽ đặc tuyến tần số

1.3 Nguyên lý đồng bộ trong MHS

a) Khái niệm về đồng bộ trong MHS

b) Các chế độ đồng bộ trong MHS

a) Khái niệm đồng bộ trong MHS

Ảnh tín hiệu trên màn MHS là

kết quả của sự xếp chồng của

nhiều ảnh tương ứng với mỗi

chu kỳ khác nhau của điện áp

2 2

3

4

3

; 4

5

; 4 3

Nguyên lý đồng bộ

b) Các chế độ đồng bộ trong MHS

Hai cách đạt đồng bộ: (thực tế kết hợp cả hai cách này)

 Điều chỉnh bằng tay điện áp quét tùy theo dạng ảnh nhận được

 Điều khiển tự động điện áp quét (bằng một nguồn tín hiệu đồng

bộ) sao cho luôn thoả mãn điều kiện đồng bộ (Tq= nTy)

Tín hiệu đồng bộ trích từ tín hiệu cần nghiên cứu (ngay trong máy)  đồng bộ trong

Tín hiệu đồng bộ lấy từ bên ngoài vào  đồng bộ ngoài

Tín hiệu lấy trực tiếp từ điện lưới (50 Hz)  đồng bộ từ lưới

 Ở chế độ quét đợi, điều kiện đồng bộ luôn được thoả mãn

 Ở chế độ khuếch đại, đồng bộ đạt được khi lissajous là ổn định

x

f  b

Phần II

Sơ đồ cấu trúc và các chế độ

làm việc của máy hiện sóng

1 Sơ đồ cấu trúc của MHS

2 Các chế độ làm việc của MHS

2.1 Sơ đồ cấu trúc của MHS

Các thành phần chủ yếu trong sơ đồ cấu trúc của

một MHS điển hình:

 Ống tia điện tử

 Tuyến lệch đứng : phân áp ( PA ), giữ chậm ( GC ),

khuếch đại lệch đứng ( KĐLĐ )

 Tuyến lệch ngang : khuếch đại đồng bộ ( KĐĐB ),

tạo quét liên tục ( TQLT ) và tạo quét đợi ( TQĐ );

khuếch đại lệch ngang ( KĐLN )

 Các chuyển mạch đồng bộ (CM1), chuyển mạch

quét (CM2)

3 2

3

1

1 2

Tuyến lệch đứng

Phân áp

 Mở rộng phạm vi quan sát về phía các tín hiệu lớn

 Yêu cầu hệ số phân áp phải thay đổi được trong một dải tần rộng

 Thường là phân áp điện trở - điện dung

Giữ chậm

 Giữ chậm tín hiệu một khoảng thời gian bằng thời gian quá độ của

bộ tạo quét để cân đối thời gian xuất hiện của tín hiệu trên cặpphiến lệch đứng với điện áp quét trên phiến lệch ngang

Khuếch đại lệch đứng

 Khuếch đại tín hiệu đủ lớn cấp cho cặp PĐ (cấp đối xứng )

 Quyết định (cùng với ÔTĐT) độ nhạy của MHS

 Quyết định giải tần công tác của MHS

 Quyết định trở kháng vào của MHS

Bộ giữ chậm trong tuyến lệch đứng

Tuyến lệch ngang

Khuếch đại đồng bộ

 Khuếch đại tín hiệu đồng bộ để cấp cho bộ tạo quét

làm việc

 Khuếch đại sơ bộ điện áp đưa tới đầu vào X khi

MHS làm việc ở chế độ khuếch đại

Khuếch đại lệch ngang

 Khuếch đại điện áp quét hoặc điện áp đưa tới đầu

vào X đến mức đủ lớn cấp cho cặp PN (cấp đối

xứng)

Quét liên tục Đồng bộ trong

 Chức năng: nghiên cứu tín hiệu điều hoà; nghiên cứu sự lan truyền

của tín hiệu trong mạch điện ; đo góc lệch pha (với MHS 1 tia)

Chế độ quét liên tục - đồng bộ từ lưới

 Thiết lập các chuyển mạch CM 1 3 và CM 2 1

 Chức năng: nghiên cứu các bộ chỉnh lưu, ổn áp

 Là một trong hai chế độ thông dụng nhất của MHS

Các chế độ khác (CĐ quét đợi-đồng bộ ngoài; CĐ quét đợi-đồng bộ từ lưới;

Khuếch đại-đồng bộ trong; Khuếch đại-đồng bộ từ lưới) ít sử dụng hoặc

không có ý nghĩa, có thể bị loại trừ (vô hiệu hoá) trong chế tạo MHS

Phần III

Vấn đề mở rộng đặc tính

của máy hiện sóng

1 Phương pháp quan sát đồng thời nhiều

tín hiệu trên MHS

2 Mở rộng dải tần cho MHS

3.1 Phương pháp quan sát đồng

thời nhiều tín hiệu trên MHS

Các phương pháp quan sát đồng thời nhiều tín hiệu trên MHS: ví dụ máy hiện sóng 2 tia

 Quan sát bằng ÔTĐT có nhiều súng phóng điện tử

cùng tác động lên một màn huỳnh quang ( dual-beam )

Quan sát được 2 tín hiệu độc lập về tần số

 Quan sát bằng ÔTĐT có một súng phóng điện tử kết

hợp với một chuyển mạch điện tử để tách ra hai tia

(dual-trace)

Chỉ quan sát được 2 tín hiệu có mối quan hệ tần số với nhau

Phương pháp quan sát nhiều tín

hiệu đồng thời trên MHS

MHS dual-trace với ÔTĐT có một

Súng phóng điện tử

Tiền KĐ

Tiền KĐ

Phương pháp quan sát nhiều tín

hiệu đồng thời trên MHS

MHS dual-trace chỉ có thể quan sát hai tín hiệu có quan

Chế độ này sử dụng để quan sát các tín hiệu biến đổi chậm

 Chế độ luân phiên ( ALTERNATE )

Lần lượt quét từng kênhChế độ này sử dụng để quan sát các tín hiệu biến đổi nhanh

3.2 Më réng d¶i tÇn cho MHS

Các MHS thông thường chỉ sử dụng trong dải tần từ vài phần mười

Hz đến vài trăm MHz (dải tần do bộ KĐLĐ quyết định)

Khi đo ở siêu cao tần (biên độ dao động nhỏ, dải tần vài ngàn MHz,

độ rộng xung cỡ ns) cần thiết kế đặc biệt (giá thành đắt)

 ÔTĐT đặc biệt

 Bộ KĐLĐ đặc biệt

 Bộ tạo quét đặc biệt

Giải pháp: dùng phương pháp hoạt nghiệm  MHS hoạt nghiệm

Nguyên tắc MHS hoạt nghiệm: phân tích biên độ nối tiếp nhau theo

thời gian của tín hiệu cần nghiên cứu  làm chậm thang độ thời

gian (mở rộng tỷ lệ xích thời gian) mà không gây ảnh hưởng tới tín

hiệu cần nghiên cứu

Phư¬ng ph¸p ho¹t nghiÖm

Bộ biến đổi hoạt nghiệm tạo ra dãy xung đánh dấu với biên độ tỷ lệ

với trị số tức thời của tín hiệu cần nghiên cứu

Khi chu kỳ của 2 điện áp đầu vào bộ BĐHN khác nhau một lượng

nhỏ, các xung đầu ra của bộ BĐHN sẽ có biên độ thay đổi

Biến đổi hoạt nghiệm

D·y xung ho¹t nghiÖm

Bộ lọc

d) Sau khi

khuếch đại

mở rộng xung

t

U BĐHN

U KĐM

R

Phơng pháp

hoạt nghiệm

6 9

Nếu sử dụng MHS thông thường với màn hình

T n

t

mm ,

15

1, 5 / 10

1, 5

0,15 / 10000

Phơng pháp hoạt nghiệm

Bộ lọc

Bộ quột

Điện ỏp

nghiờn cứu

Dóy xung đỏnh dấu

ễTĐT

R

Sơ đồ nguyên lý quan sát tín hiệu xung bằng phơng

pháp hoạt nghiệm

Hết bài 4 Hỏi và

thảo luận