2016 01 bai 7 do tan so DLD

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

Bài 7

§o tÇn sè

Môn học: Đo lường điện

Nội dung

điện có tham số phụ thuộc tần số

Phần I

Kh¸i niÖm chung

vÒ ®o tÇn sè

Khái ni ệm tần số

Tần số là số chu kỳ của một dao động trong một đơn vị thời gian Tổng quát, tần số được xác định theo tần số góc  (t) biểu thị tốc

độ biến đổi pha của dao động

Tần số góc  (t) là đạo hàm của góc pha của dao động theo thời gian

Tần số góc còn có thể biểu diễn:  (t) = 2  f(t) với  (t) và f(t) là

tần số góc và tần số tức thời

Với dao động điều hòa, góc pha biến đổi tỷ lệ với thời gian, do

vậy đạo hàm của góc pha theo thời gian có giá trị không đổi

Quan hÖ cña tÇn sè víi bíc sãng vµ chu kú

c là tốc độ ánh sáng truyền lan tự do (c = 3.10 8 m/s)

 là chiều dài bước sóng [m]

là chu kỳ của dao động

§é chÝnh x¸c

vµ lîng tr×nh ®o tÇn sè

Phép đo tần số là phép đo có độ chính xác cao nhất

trong kỹ thuật đo lường, do sự phát triển vượt bậc của

việc chế tạo các mẫu tần số

 Các mẫu đo tần số đạt được độ chính xác và độ ổn

định rất cao (sai số nhỏ nhất đạt tới giá trị 10-12)

Lượng trình đo của phép đo tần số rất rộng, giới hạn

này tăng lên cùng với sự phát triển của kỹ thuật vô

tuyến điện

 Ngày nay đã tiến hành đo được các tần số khoảng

3.1015 Hz

Các dải tần trong kỹ thuật vô tuyến điện

Trong kỹ thuật vô tuyến điện lợng trình đo tần số được

phân thành các dải tần khác nhau:

 Dải tần thấp bao gồm các tần số thấp (nhỏ hơn 16Hz)

 Dải tần số âm thanh (từ 16 Hz tới 20 KHz)

 Dải tần số siêu âm (từ 20 KHz đến 200 KHz)

 Dải tần số cao (từ 200 KHz đến 30 MHz)

 Dải tần số siêu cao (từ 30 MHz đến 3000 MHz)

 Dải tần số quang học (trên 3000 MHz)

C¸c ph¬ng ph¸p ®o tÇn sè

Phương pháp đo tần số rất đa dạng, mỗi

phương pháp được ứng dụng cho từng dải tần

Ph¹m vi øng dông cña phÐp ®o tÇn sè

Phép đo tần số là phép đo rất thông dụng:

 ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nhất là trong lĩnh vực điện tử, tin học, viễn thông

 ứng dụng không chỉ trong khai thác các thiết bị mà còn ở nhiều

lĩnh vực nghiên cứu khoa học

 trong kỹ thuật vô tuyến điện phép đo tần số thường được sử

dụng để kiểm tra, hiệu chuẩn các máy tạo tín hiệu đo lường, các máy thu phát, xác định tần số cộng hưởng của các mạch dao

động, dải thông của bộ lọc, kiểm tra độ lệch tần số của các thiết

bị đang khai thác v.v

Phép đo tần số là một trong những phép đo quan trọng

nhất, thông dụng nhất trong lĩnh vực điện tử viễn thông

Ph ần II C¸c ph¬ng ph¸p ®o tÇn sè

2.1 Ph Ư¬ng ph¸p cÇu

Nguyên tắc : dùng các cầu đo mà điều kiện cân

bằng của cầu phụ thuộc vào tần số của nguồn

điện cung cấp cho cầu

đo tần số

1

C

L j

R Z

1R R R

0 1

2

1

C L

Phơng pháp cầu

(tiếp theo)

Kiểu cầu "chữ T kép“ sử dụng trong thực tế

Cầu đơn sử dụng trong

thực tế

Phơng pháp cầu

(tiếp theo)

Đặc điểm của phơng pháp cầu:

 Phơng pháp cầu dùng để đo tần số từ vài chục Hz

tới vài trăm KHz

 Khó đo các tần số thấp do khó chế tạo cuộn cảm

 Khó chỉ thị “0” do từ trờng ngoài tác động lên cuộn

cảm

 Sai số khoảng 0,5% đến 1%

2.2 Ph¬ng ph¸p céng hëng

Ưng dụng: chế tạo tần mét cộng hưởng đo tần số

cao và siêu cao tần

Mạch cộng hưởng

Bộ phận ghép

Bộ phận chỉ thị

Bộ phận điều chỉnh

U fx

Nguyªn t¾c: dùa vµo nguyªn lý chän läc tÇn sè cña

m¹ch céng hưëng

 Mạch có điện dung và điện cảm đều là linh

kiện có thông số tập trung

 Mạch có điện dung là thông số tập trung còn

điện cảm là thông số phân bố

 Mạch có điện cảm và điện dung đều là phần tử

có tham số phân bố

Ph¬ng ph¸p

céng hëng

(ti ếp theo)

Tần kế cộng hưởng có thông số tập trung:

 Điện dung C và điện cảm L của mạch cộng hưởng đều là các

linh kiện có thông số tập trung

 Bộ phận điều chỉnh cộng hưởng là tụ điện biến đổi C có

thang độ khắc độ theo đơn vị tần số

 Việc thay đổi thang đo của tần số mét được thực hiện bằng

cách thay đổi cuộn cảm L

 Dải tần đo được tần số từ 10 KHz đến 500 MHz ; với sai số

1 2

 Trong dải sóng < 3cm dùng hốc cộng hưởng

cấu tạo bằng ống dẫn sóng ; ưu điểm hệ số

phẩm chất cao nên sai số nhỏ (khoảng 0,01%

-0,05%)

Sai sè cña ph¬ng ph¸p céng hëng

phương pháp cộng hưởng do các nguyên

nhân sau gây nên:

 Sai số do xác định điểm cộng hưởng không

chính xác (liên quan tới hệ số phẩm chất của

khung cộng hưởng)

 Sai số đo nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung

quanh

 Sai số do khắc độ

Sai sè cña ph¬ng ph¸p céng hëng

(tiếp theo)

Biện pháp giảm sai số do xác định điểm cộng hưởng không chính xác:

 Đo từ hai phía điểm cộng hưởng ( f1 và f2 có mức chỉ thị bằng nhau

ở 2 phía điểm cộng hưởng)

 Lấy giá trị trung bình cộng để xác định tần số cộng hưởng fch:

Biện pháp giảm sai số do ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm môi trường xung quanh: bù nhiệt, sơn chống ẩm và dùng các vật liệu có

Độ chính xác cao, tiệm cận tới độ chính xác của mẫu

và phụ thuộc vào kỹ thuật thực hiện phép so sánh

Các phương pháp so sánh:

Máy hiện sóng thiết lập ở chế độ quét liên tục - đồng bộ trong hoặc

quét liên tục - đồng bộ ngoài

Lần lợt đa điện áp có tần số đo U fx và điện áp có tần số mẫu U fm tới

đầu vào Y của máy hiện sóng

Giả sử với cùng một tỷ lệ xích thời gian

 độ rộng của một chu kỳ T x (điện áp có tần số cần đo) là L x

 độ rộng ứng với n chu kỳ T m của điện áp có tần số mẫu là L m

L

L m

Ph¬ng ph¸p quÐt th¼ng

(tiếp theo)

So sánh tỉ lệ xích thời gian giữa chu kỳ điện áp cần đo tần

số với chu kỳ của điện áp có tần số mẫu  tìm ra fx

L x

L m

Phơng pháp quét thẳng

(tiếp theo)

Sai số đo:

 Xác định độ lớn của một chu kỳ của ảnh không chính xác (do

việc kẻ đờng nằm ngang không chính xác)

 Sai số lợng tử hóa

Trên thực ,các máy hiện sóng đều đã khắc vạch sẵn theo các tỷ

lệ xích thời gian khác nhau (ví dụ 1s/vạch hay 1ms/vạch )

 Không cần đa tín hiệu mẫu vào mà có thể đọc trực tiếp tần số

(chu kỳ) của điện áp nghiên cứu.

 Tr ước khi đo cần hiệu chỉnh lại tỷ lệ xích thời gian bằng chính

tín hiệu mẫu từ bộ hiệu chuẩn của máy hiện sóng.

b Phơng pháp quét sin

Máy hiện sóng thiết lập ở chế độ khuếch đại

Điện áp có tần số cần đo Ufx đợc đa tới đầu vào Y còn điện áp có tần

số mẫu Ufm đợc đa tới đầu vào X

Thay đổi tần số fm sao cho trên màn nhận đợc hình Lissajous ổn định nhất Điều này chỉ đạt được khi có điều kiện sau:

Ph¬ng ph¸p quÐt sin

(tiếp theo)

Mét vµi d¹ng lisajous cã thÓ gÆp

3.2 Phơng pháp ngoại sai

Nguyên lý: so sánh tần số cần đo fx và tần số mẫu fm

bằng phơng pháp ngoại sai

Hiện tợng phách: khi trộn tần 2 dao động có tần số

cần đo fx và tần số mẫu fm, ở đầu ra của bộ trộn tần có

nhiều thành phần dao động khác nhau trong đó có dao

Điện áp mẫu

Ph¬ng ph¸p ngo¹i sai

(ti ếp theo)

Trên cơ sở hiện tượng phách “0"  chế tạo tần kế

ngoại sai để đo tần số cao

Ph¬ng ph¸p ngo¹i sai

(ti ếp theo)

Tại sao tần kế ngoại sai cần có hai bộ dao động?

xác và ổn định; nhưng không điều chỉnh được tần số

không chính xác và không ổn định

Giải pháp kết hợp hai bộ dao động:

méo tín hiệu để tạo ra các hài (các điểm kiểm tra)

số xung quanh điểm kiểm tra do bộ dao động thạch anh tạo ra

Ph¬ng ph¸p ngo¹i sai

(tiếp theo)

Tần kế ngoại sai chủ yếu dùng làm phương

tiện kiểm tra tần số (cần biết trước tần số cần

đo nằm trong phạm vi nào đó)

Tần kế ngoại sai có độ chính xác cao, sai số

khoảng 10-6, được sử dụng rộng rãi trong việc

kiểm tra tần số trong các thiết bị vô tuyến điện

Ph ần IV

Các phơng pháp số để đo tần số

Sử dụng rộng rói nhất trong đo tần số

Hai phương phỏp thụng dụng

4.1 Tần K Ế số dựa trên phơng pháp xác định nhiều chu kỳ

Tần kế số loại này có độ chính xác rất cao, tiệm cận tới

Tần k ế số dựa trên phơng pháp xác định nhiều chu kỳ

Tần k ế số dựa trên phơng pháp xác định nhiều chu kỳ

(tiếp theo)

Dãy xung với tần số chuẩn f0 qua bộ chia tần tạo thành dãy xung có tần số là fCT

n là hệ số chia tầnTrigơ điều khiển khóa K mở trong thời gian TCT Do đó, mã

Nx ở đầu ra của bộ đếm xung:

hay mã Nx tỷ lệ với tần số cần đo ở đầu vào fx

o CT

f f

n



CT x

x

T N

4.2 Tần K Ế số dựa trên phơng pháp xác định một chu kỳ

Tần kế số loại này có độ chính xác cao và thờng dùng

Hết bài 7

Hỏi và

thảo luận