Kỹ thuật đo lường điện - Chương 7

Môn học kỹ thuật đo lường trình bày các kiến thức về kỹ thuật đo dùng trong ngành điện hiện nay. Giới thiệu những phép đo cơ bản để ứng dụng cho các ngành sản xuất công nghiệp. Kỹ thuật Đo l

Chương 7 MÁY HIỆN SÓNG 7.1 Khái niệm chung.

Máy hiện sóng là phương tiện đo lường vạn năng dùng để quan sátdạng tín hiệu và đo các thông số của tín hiệu

Trong khoa học và trong kỹ thuật xãy ra nhiều quá trình vật lý khácnhau, chúng thường biến đổi theo thời gian Việc nghiên cứu các quá trình vật

lý đó hết sức quan trọng Máy hiện sóng là một công cụ đắc lực, giúp tanghiên cứu, quan sát được rất nhiều quá trình vật lý khác nhau biến đổi theothời gian

Hiện nay, sản xuất công nghiệp phát triển với tốc độ cao, xuất hiệnnhiều quá trình công nghệ phức tạp thì máy hiện sóng cũng là phương tiệnkhông thể thiếu được để quan sát và theo dõi các quá trình công nghệ đó

Trong lĩnh vực điện tử, tin học và viễn thông máy hiện sóng được sửdụng rất rộng rãi Nó được dùng như là một phương tiện đo vạn năng trongnghiên cứu sản xuất và trong khai thác các thiết bị điện tử, tin học và viễnthông Máy hiện sóng được dùng chủ yếu để quan sát tín hiệu, đo các tham sốcủa tín hiệu như điện áp, tần số, pha, độ méo, độ sâu điều chế v.v

Máy hiện sóng được phân loại tuỳ theo nguyên lý hoạt động là máyhiện sóng điện cơ hay là máy hiện sóng điện tử Máy hiện sóng điện cơ làmáy hiện sóng với bộ chuyển đổi cơ học, còn máy hiện sóng điện tử sử dụngống tia điện tử Máy hiện sóng điện cơ vì độ nhạy nhỏ, độ tin cậy kém, dảitần thấp nên ít được dùng Hiện nay trong kỹ thuật đo lường vô tuyến điệnngười ta chỉ dùng Máy hiện sóng điện tử

Máy hiện sóng điện tử được phân loại theo nhiều cách khác nhau Tuỳtheo số lượng tia điện tử người ta phân biệt Máy hiện sóng một tia, Máy hiệnsóng hai tia và Máy hiện sóng nhiều tia Tuỳ theo độ lưu ảnh trên màn huỳnhquang, người ta phân biệt Máy hiện sóng không lưu ảnh (với thời gian lưu ảnhnhỏ hơn 0,1s) và Máy hiện sóng lưu ảnh (với thời gian lưu ảnh từ 0,1s trởlên) Tuỳ theo chức năng, người ta phân biệt Máy hiện sóng thông dụng vàMáy hiện sóng chuyên dụng (chỉ sử dụng trong những lĩnh vực đặc biệt theomột mục đích đã đề ra khi chế tạo) Tuỳ theo trường điều khiển tia điện tử,phân biệt Máy hiện sóng điều khiển bằng điện trường và máy hiện sóng điềukhiển bằng từ trường Việc điều khiển bằng từ trường có nhược điểm là côngsuất tiêu thụ lớn, gây nhiễu và chịu ảnh hưởng của nhiễu, kết cấu cồng kềnhnên ngày nay hầu như không được sử dụng

Với sự phát triển mạnh của kỹ thuật số trong những năm gần đây người

ta đã chế tạo các máy hiện sóng trong đó sử dụng nguyên lý biến đổi tín hiệu

từ liên tục sang dạng số, cất giữ vào bộ nhớ, sau đó biến đổi ngược từ dạng số

về dạng tín hiệu liên tục Các máy hiện sóng loại này được gọi là máy hiệnsóng số hay máy hiện sóng có nhớ

Ở chương này chúng ta chủ yếu nghiên cứu loại máy hiện sóng một tiađiều khiển bằng điện trường vì đây là loại máy hiện sóng thông dụng nhất

7.2 Nguyên lý xây dựng máy hiện sóng.

7.2.1 Đèn ống tia điện tử.

a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Bộ phận chủ yếu của máy hiện sóng là ống tia điện tử Nó thực hiện chứcnăng vẽ dạng tín hiệu trong máy hiện sóng Trên hình 7.1 mô tả cấu tạo ốngtia điện tử điều khiển bằng điện trường Ống tia điện tử là một ống thuỷ tinhchúa chân không (rút hết không khí) bên trong có chứa các điện cực sắp xếptheo một qui luật nhất định

Về cấu tạo có thể coi ống tia điện tử gồm ba phần cơ bản: súng điện tử,

bộ phận làm lệch, màn huỳnh quang

Phần thứ nhất gọi là súng điện tử, có tác dụng tạo ra chùm tia điện tửnhỏ, bắn tới màn huỳnh quang và làm phát sáng ở màn huỳnh quang Súngđiện tử gồm: sợi đốt S, Katốt K, lưới điều chế L, các Anốt 1 (A1) và anốt 2(A2) Khi katốt K bị nung nóng bởi sợi đốt S nó sẽ phát xạ điện tử và trên bềmặt của nó sẽ xuất hiện một lớp mây điện tử Dưới tác dụng của điện thếdương so với katốt trên các anốt A1 (khoảng 300V đến 500V) và anốt A2

(khoảng 1, 5KV đến 2KV) các điện tử sẽ bị hút về phía màn ảnh M Khi điqua điện trường giữa lưới L và anốt A1 (L-A1) và điện trường giữa anốt A1

anốt A2 (A1-A2) các điện tử này được hội tụ lại thành một tia mảnh Các điệntrường nói trên đóng vai trò như một thấu kính điện tử để hôi tụ tia điện tử.Trong đó vai trò của điện trường giữa anốt A1và anốt A2 là quan trọng hơn cả

Vì vậy người ta dùng nó để thay đổi độ hội tụ, cụ thể là thay đổi điện thế trênanốt A1 nhờ chiết áp R2 còn anốt A2 nối đất hoặc đồng thời thay đổi điện thếtrên cả anốt A1 và anốt A2 Cách thứ nhất đơn giản hơn và tránh được ảnhhưởng của điện thế A2 tới trường điều khiển của hệ thống làm lệch Núm chiết

áp R2 được đưa tới mặt máy với ký hiệu “ độ hội tụ”.Thay đổi điện thế trênanốt A1 sẽ thay đổi độ hội tụ của chùm tia điện tử nên anốt này được gọi làanốt hội tụ Thay đổi điện thế trên anôt A2 sẽ thay đổi tốc độ của chùm tiađiện tử nên anốt A2 được gọi là anốt tăng tốc Tuy nhiên, việc thay đổi điệnthế trên anốt A2 làm ảnh hưởng tới độ nhạy của ống tia điện tử nên trong thực

tế không thay đổi điện thế trên anốt A2

Để điều chỉnh độ sáng thì hoặc phải thay đổi vận tốc của chùm tia điện

tử (nghĩa là thay đổi động năng làm phát sáng lớp huỳnh quang), hoặc phảithay đổi mật độ điện tử trong chùm tia Muốn thay đổi vận tốc điện tử phảithay đổi điện thế trên các anốt mà chủ yếu là các anốt A1 và A2 , nhưng điều

đó ngoài ảnh hưởng tới độ nhạy của ống tia điện tử, còn ảnh hưởng rất lớn tới

độ hội tụ nữa Do vậy, thông thường người ta điều chỉnh độ sáng của hình ảnhbằng thay đổi mật độ chùm tia điện tử nhờ thay đổi điện thế trên lưới điều chế

L Vì lưới điều chế ở ngay sát Katốt K nên chỉ cần một sự thay đổi rất nhỏđiện thế âm (thường từ 0 đến 100V) trên nó, cũng làm thay đổi rất lớn mật độcủa chùm tia điện tử bay tới màn Điện thế trên lưới điều chế L được thay đổinhờ chiết áp R1, chiết áp này được đưa ra mặt máy ký hiệu là “độ sáng”

Như vậy, nhờ “súng điện tử” đã tạo ra được một chùm tia điện tử có thểđiều chỉnh để chùm tia điện tử đó hội tụ tại một điểm trên màn huỳnh quangcủa đèn ống tia điện tử và do điều chỉnh được mật độ điện tử trong chùm tianên có thể điều chỉnh được độ sáng của hình ảnh trên màn của đèn ống tiađiện tử

Phần thứ hai là hệ thống làm lệch tia điện tử theo chiều thẳng đứng vànằm ngang Hệ thống làm lệch này gồm hai cặp phiến làm lệch đặt lần lượttrước sau và vuông góc với nhau bao quanh trục ống Một cặp theo phươngthẳng đứng gọi là cặp phiến làm lệch Y, một cặp theo phương nằm ngang gọi

là cặp phiến làm lệch X ( xem hình 7.1) Hai cặp phiến lệch đứng và lệchngang tạo ra hai trường tĩnh điện điều khiển tia điện tử theo trục đứng và trụcngang

Nếu trên một cặp phiến làm lệch có đặt một điện áp (gọi là điện áp điềukhiển) thì khoảng không gian giữa chúng tạo thành một điện trường Khi điện

tử đi qua giữa hai phiến, do bị tác dụng của điện trường này mà nó bị thay đổiquĩ đạo chuyển động Khoảng cách lệch của điểm sáng do chùm tia tạo nêntrên màn so với vị trí ban đầu phụ thuộc vào cường độ điện trường và thờigian bay của điện tử qua khoảng không gian giữa hai phiến Vì tác dụng củahai cặp phiến làm lệch là như nhau nên ta xét cặp phiến Y làm ví dụ Điện ápđiều khiển đặt lên cặp phiến lệch đứng là Uy Điện áp Uy gây ra một điệntrường trong cặp phiến Y Cường độ điện trường càng lớn, cũng như thời gianbay càng lâu thì độ lệch của quĩ đạo càng tăng

b) Độ nhạy của ống tia điện tử và máy hiện sóng.

Cường độ điện trường tỉ lệ với điện áp điều khiển Uy đặt lên cặp phiến làmlệch Y và tỉ lệ nghịch với khoảng cách 2 phiến dy (xem hình 7.2) Thời gianbay của điện tử qua khoảng giữa hai phiến làm lệch tỷ lệ nghịch với độ dàicủa phiến ly và tỷ lệ nghịch với tốc độ của điện tử Tốc độ của chùm tia điện

tử lại tỷ lệ với điện áp trên anốt A2 Ngoài ra chúng ta còn thấy độ lệch của tiađiện tử tỷ lệ với khoảng cách Ly là khoảng cách từ điểm giữa của phiến lệchtới màn Do vậy độ lệch theo trục đứng Y của tia điện tử dưới tác dụng củađiện áp điều khiển Uy trên phiến làm lệch đứng xác định theo công thức sau:

2

Y Y Y

U d

L l U

Y 

(7.1)

Ở đây, Y là độ lêch của điểm sáng trên màn theo trục Y được tính ra mm,

ly là chiều dài của phiến tính ra mm, dy là khoảng cách giữa hai phiến làm lệchtính ra mm, UA2 là điện áp trên Anốt 2, Ly là khoảng cách từ điểm giữa củaphiến lệch tới màn

Từ đó ta xác định được độ nhạy của ống tia điện tử như sau:

2 0

Y Y Y Y

U d

L l U

X X X X

U d

L l U

Hình 7.2 Tia điện tử qua cặp phiến làm lệch Y

thêm một Anốt A3 nũa vào phía sau của hai cặp phiến lệch và gần sát vớimàn M Điện áp Anốt này khá cao (thường từ 10-12 KV) Anốt này thực chất

là một lớp than chì dẫn điện được quét lên bề mặt trong xung quanh thành ốngtia điện tử gần màn huỳnh quang Nhờ điện trường của Anốt A3 điện tử đượcgia tốc thêm sau khi qua trường làm lệch mà không ảnh hưởng tới độ nhạycủa đèn ống tia điện tử Ngoài tác dụng gia tốc cho chùm tia điện tử nó còn cótác dụng thu nhận các điện tử phát xạ thứ cấp từ màn huỳnh quang do va đậpcủa tia điện tử với động năng lớn

Phần thứ ba là màn ảnh M của đèn (xem hình 7.1) màn ảnh là một lớphuỳnh quang được phủ lên lớp đáy của đèn Mầu sắc và độ lưu ảnh phụ thuộcvào chất huỳnh quang khác nhau phủ lên màn Khi có điện tử đập vào mànhuỳnh quang tại điểm nào đó điểm đó sẽ phát sáng

Trong máy hiện sóng, các điện áp từ đầu vào trước khi đưa tới các cặpphiến làm lệch có giá trị nhỏ và đi qua các tuyến lệch đứng và lêch ngang Đểtăng độ nhạy của máy hiện sóng ở các tuyến lệch đứng và lệch ngang thường

có các bộ khuyếch đại để khuếch đại tín hiệu Vì vậy, độ nhạy chung của máyhiện sóng ngoài sự phụ thuộc vào độ nhạy của ống tia điện tử, còn phụ thuộcvào hệ số khuếch đại của các bộ khuếch đại

Khái niệm độ nhạy của máy hiện sóng được định nghĩa là độ dịch chuyểncủa điểm sáng trên màn dưới tác dụng của một đơn vị điện áp đưa đến đầuvào của máy Độ nhạy của máy hiện sóng được ký hiệu là Sy và Sx tương ứngvới hai trục toạ độ XOY:

7.2.2 Nguyên lý quét trong máy hiện sóng

a) Nguyên lý tạo ảnh trên màn máy hiện sóng

Muốn tạo được ảnh trên màn của máy hiện sóng chúng ta phải thựchiện một nguyên lý không thể thiếu được là điều khiển đồng thời tia điện tửtheo hai trục: trục thẳng đứng và trục nằm ngang Điều này có nghĩa là đồngthời phải đưa vào đèn ống tia điện tử 2 điện áp điều khiển Uy và Ux

Điện trường của hai cặp phiến làm lệch (lệch đứng và lệch ngang) đồngthời tác động lên tia điện tử, làm tia chuyển động và vẽ nên hình ảnh trên mànhuỳnh quang

Trong trường hợp tổng quát các điện áp Ux và Uy có thể có dạng bất kỳ.Khi đó hình ảnh nhận được trên màn huỳnh quang cũng có dạng bất kỳ.

Tuy nhiên, chúng ta xét một trường hợp đặc biệt, nhưng lại rất phù hợpvới thực tế và rất hay sử dụng đó là điện áp điều khiển đặt lên phiến X, điện

áp Ux không phải là điện áp bất kỳ mà có dạng tuyến tính theo thời gian

Ux = a t (7.6)

Điện áp điều khiển Ux trong trường hợp này gọi là điện áp quét Cònđiện áp muốn vẽ lại dạng của nó trên màn của máy hiện sóng (gọi là điện ápcần quan sát Uy) ta đưa vào phiến làm lệch y Ta xét trường hợp điển hình làđiện áp cần quan tâm là điện áp hình sin dạng:

Từ đó ta có:

Y S Y U msin t

X S X a.t (7.8)

Hệ phương trình trên dễ dàng đưa về dạng chính tắc:

Phương trình (7.9) chính là phương trình chuyển động của điểm sáng

trên màn của máy hiện sóng theo hệ trục YOX Đường cong có dạng trùngvới dạng tín hiệu UY cần quan sát

Chúng ta cũng có thể giải thích một cách trực quan hơn việc tạo ảnh tínhiệu trên màn của máy hiện sóng bằng phương pháp điều khiển chuyển độngcủa điểm sáng trên màn dưới tác động của điện áp điều khiển UY và Ux (xemhình 7.3)

Dựa vào công thức 7.5 có thể vẽ được chuyển dịch của điểm sáng theotrục đứng Y và theo trục ngang X phụ thuộc vào thời gian t, và từ quan hệ X(t) và Y (t) dễ dàng nhận thấy quá trình vẽ lại ảnh của tín hiệu cần quan sáttrên màn của máy hiện sóng (xem hình 7.3)

Hình 7.4 Biểu đồ thời gian của điện áp quét

Ta nhận thấy khi t  thì điện áp Ux   điểm sáng chuyển dịch theotrục X và lệch ra ngoài màn Nhưng trong thực tế chúng ta lại cần sau khiđiểm sáng chuyển dịch tới rìa màn cần trở lại vị trí ban đầu để tiếp tục chu kỳchuyển dịch mới Quá trình chuyển dịch điểm sáng như vậy được gọi là

“quét” và điện áp Ux gọi là điện áp quét Điện áp quét có dạng như hình 7.4agọi là điện áp quét răng cưa và là điện áp quét lý tưởng, nghĩa là sau khi đạtgiá trị cực đại Um (tương ứng với Xm ở rìa màn ảnh), có thể tức khắc đột biếnbằng 0 để lại bắt đầu tăng theo một chu trình mới Trong thực tế, điện áp quét

có dạng như hình 7.4b, nghĩa là để trở về 0 điện áp Ux cần có một thời gianhữu hạn Tng nào đó gọi là thời gian quét ngược Như vậy, chu kỳ quét sẽ bằngtổng thời gian quét thuận và thời gian quét ngược

Cũng cần lưu ý một điều là, nếu điện áp quét do một nguyên nhân nào

đó không hoàn toàn tuyến tính thì hình ảnh nhận được của tín hiệu hình sincần quan sát trên màn của máy hiện sóng sẽ bị méo dạng

Như vậy chúng ta thấy rằng muốn quan sát được dạng tín hiệu ta phảiđưa tín hiệu đó vào phiến làm lệch Y còn phiến làm lệch X đưa vào điện áphình răng cưa, điện áp đó là điện áp quét (Uq = Ux)

b) Các chế độ quét trong máy hiện sóng

Trong trường hợp vừa xét, vì điện áp có dạng đường thẳng nên gọi làquét đường thẳng Trong trường hợp chung điện áp quét có thể có dạng bất kỳ

Ux = y(t) khi đó hình ảnh nhận được gọi chung là hình Lissajou và cũng có

Hình 7.5 Hình ảnh tín hiệu do thời gian quét ngược.

dạng bất kỳ Trong thực tế ngoài điện áp răng cưa ra chúng ta còn gặp điện ápquét có dạng hình sin nên còn gọi là quét sin.

Trong trường hợp quét thẳng, nếu Ux có dạng răng cưa liên tục (xemhình 7.4) người ta gọi là quét liên tục (còn gọi là quét tự động) Nếu các điện

áp răng cưa đó không liên tục mà gián đoạn (như hình 7.6) người ta gọi làquét đợi, vì mỗi điện áp răng cưa chỉ xuất hiện khi có xung kích thích còn sau

đó là thời gian đợi Tđ tới xung tiếp theo Quét đợi sử dụng khi cần nghiên cứucác tín hiệu xung tuần hoàn có độ “hổng” rất lớn 

Khi tín hiệu cần nghiên cứu là dãy xung tuần hoàn có độ hỗng lớn, nếuthực hiện quét liên tục có thể xãy ra hai trường hợp:

Trường hợp thứ nhất, khi chu kỳ quét bằng chu kỳ lặp lại của tín hiệu

Tq = Ty thì trên màn ảnh sẽ nhận được xung rất hẹp và hầu như không thểphân biệt đước sườn xung (xem hình 7.6e) Trong nhiều trường hợp chỉ nhậnđược chấm sáng của đỉnh xung mà thôi Kết quả là không thể quan sát đầy đủdạng của xung

Hình 7.6 Tín hiệu xung tuần hoàn có độ “hổng” rất lớn

Trường hợp thứ hai, khi chu kỳ quét Tq =  thì trên màn ảnh sẽ nhậnđược ảnh xung đủ lớn nhưng rất mờ trên nền của một vệt sáng đậm phía dưới(xem hình 7.6g) Lý do là vì trong suốt chu kỳ lặp lại của xung, tia điện tử chỉ

vẽ ảnh xung có một lần, còn sau đó dưới tác dụng của điện áp quét tia điện tử

sẽ vẽ đi vẽ lại nhiều lần đường Y = 0 (ứng với Uy = 0) do đó tạo nên mộtđường đậm lấn át của xung Kết quả là ảnh của xung bị mờ đi, rất khó quansát

Như vậy, với dẫy xung cần nghiên cứu có độ hổng lớn ta không thểquan sát tốt bằng cách quét liên tục được, mà phải thực hiện quét đợi Điện ápquét đợi (hình 7.6d) có thời gian quét bằng hoặc lớn hơn một chút độ rộng củaxung và khi nào có xung cần quan sát lúc đó mới có điện áp quét, thời giancòn lại là thời gian đợi Chính vì thế mà ảnh xung nhận được giống nhưtrường hợp trước nhưng đường sáng đậm bên dưới không còn nữa Ảnh nhậnđược rõ ràng và có thể quan sát được đầy đủ dạng của xung (xem hình 7.6 h)

Nếu dẫy xung cần nghiên cứu là dẫy xung không tuần hoàn với độ rộngxung không thay đổi (xem hình 7.7a) thì không thể thực hiện quét liên tục nhưhình 7.7b được, vì lúc này ảnh hoàn toàn rối loạn (xem hình 7.7đ) Ở đâybuộc phải thực hiện quét đợi thì mới quan sát được dạng xung một cách bìnhthường được (xem hình 7.7c và 7.7e)

7.2.3 Nguyên lý đồng bộ trong máy hiện sóng.

Khi quan sát tín hiệu bằng máy hiện sóng (MHS), chúng ta thấy hiệntượng ảnh của tín hiệu không đứng yên, có cảm giác như ảnh chạy trên mànhuỳnh quang Hiện tượng này gọi là hiện tượng mất đồng bộ trong MHS Để

ta)

ảnh của tín hiệu cần quan sát đứng yên trên màn của MHS người ta phải thựchiện nguyên lý đồng bộ.

a) Điều kiện đồng bộ trong máy hiện sóng.

Chúng ta xét bản chất của nguyên lý đồng bộ trong máy hiện sóng quaviệc quan sát một tín hiệu hình sin với chu kỳ điện áp quét khác nhau trên cơ

sở đó tìm điều kiện đồng bộ trong máy hiện sóng

Sự khác nhau giữa chu kỳ điện áp quét và chu kỳ điện áp cần quan sát

sẽ tạo ra các trường hợp khác nhau của ảnh trên màn của MHS (xem hình 7.8)

- Trường hợp thứ nhất:

b a T

T

T T

T

Y q

Y q

ở đây, các ảnh I, II, III tương ứng với các chu kỳ liên tiếp của điện áp quétđược phân bố lần lượt từ trái sang phải, cho nên do tính chất lưu ảnh của mànhuỳnh quang, sự mờ dần của ảnh cũng theo thứ tự đó Vì vậy, gây nên cảmgiác như ảnh chuyển động theo chiều từ trái sang phải

Vì UY và Uq là các tín hiệu tuần hoàn nên kết luận trên cũng đúng chotrường hợp tổng quát sau: nTy > Tq1 > (n – 1/4) Ty

- Trường hợp thứ hai:

b a T T T T T

Y q Y q Y





 2 2 4 5

(Trong đó Ty là chu kỳ điện áp cầnquan sát, Tq2 là chu kỳ của điện áp quét trong trường hợp thứ 2, a và b là các

) Ảnh nhận được

(xem hình 7.8i) sẽ không chuyển động nữa nhưng không phản ánh đúng dạngcần quan sát Ảnh chỉ bao gồm các đoạn khác nhau của tín hiệu cần quan sát

I II III

I II III

III II I

IIIk)

I, II,III

Hình 7.8 Chu kỳ điện áp quét và chu kỳ điện áp cần quan sát sẽ tạo

ra các trường hợp khác nhau của ảnh trên màn của máy hiện sóng.

Tq4 = nTY, với n là số nguyên dương.

Điều kiện Tq4 = nTY được gọi là điều kiện đồng bộ điện áp quét với điện

áp cần quan sát Quá trình thiết lập và duy trì điều kiện này gọi là quá trìnhđồng bộ trong máy hiện sóng

Trên cơ sở phân tích các trường hợp đặc trưng có thể xãy ra ở trên, dựavào ảnh nhận được trên màn của máy hiện sóng ta có thể kết luận về trạngthái đồng bộ của máy Trạng thái đồng bộ là trạng thái ổn định của ảnh, ảnhđứng yên không chuyển động và không có đường giao nhau hoặc khép kín.Nguyên lý đồng bộ cơ bản ở đây là thực hiện điều kiện đồng bộ:

Tq4 = nTY

Như vậy để có đồng bộ phải thoả mãn điều kiện trên, nghĩa là bằng mộtcách nào đó giữa chu kỳ (tần số) của điện áp quét với chu kỳ (tần số) của tínhiệu cần quan sát phải liên quan với nhau Trên thực tế có thể đạt đồng bộbằng hai cách:

Cách thứ nhất căn cứ vào tình trạng ảnh (xem hình 7.8g, h hay i) ta thayđổi chu kỳ quét cho tới khi nhận được ảnh như hình 7.8k Cách làm này chỉ

áp dụng được với điêù kiện tần số Ux và Uy phải rất ổn định Điều này hầunhư không thể thực hiện được trong thực tế, nên trạng thái đồng bộ chỉ tồn tạitrong thời gian ngắn mà thôi

Cách thứ hai là điều khiển tần số quét bởi một tín hiệu tần số liên quantrực tiếp với tần số của tín hiệu cần nghiên cứu một cách tự động, sao chođiều kiện đồng bộ luôn luôn được duy trì Tín hiệu đó gọi là tín hiệu đồng bộ

b) Các chế độ đồng bộ và điều chỉnh pha của ảnh trên máy hiện sóng.

Nếu trong máy hiện sóng một phần tín hiệu cần nghiên cứu được tách

ra làm tín hiệu đồng bộ, thì cách đồng bộ đó được gọi là đồng bộ trong

Nếu tín hiệu đồng bộ được lấy từ bên ngoài của máy hiện sóng thì gọi

đó là quá trình đồng bộ tự động xãy ra

Trên đây ta mới chỉ xét tới khái niệm đồng bộ đối với chế độ quét liêntục Ở chế độ quét đợi, yêu cầu này không đặt ra vì đương nhiên bao giờ tacũng có Tq = Ty do điện áp quét phải khởi động bằng điện áp cần nghiên cứu

7.3 Sơ đồ cấu trúc và các chế độ làm việc của máy hiện sóng.

7.3.1 Sơ đồ cấu trúc của máy hiện sóng

Trên cơ sở nguyên lý làm việc của đèn ống tia điện tử, nguyên lý quét

và nguyên lý đồng bộ đã xét ở phần trên chúng ta nghiên cứu sơ đồ cấu trúccủa máy hiện sóng (xem hình 7.9)

Bộ phận trung tâm, cũng là đối tượng của mọi quá trình điều khiểntrong máy hiện sóng chính là ống tia điện tử Chức năng và cấu tạo của nó đã

đề cập ở mục 7.2

Để điều khiển tia điện tử theo trục Y, người ta sử dụng tuyến lệch đứngbao gồm các khối chủ yếu sau: Bộ phân áp (PA), mạch giữ chậm (GC), bộkhuyếch đại lệch đứng còn gọi là khuếch đại trục Y (KĐY)

Để điều khiển tia điện tử theo trục X, người ta sử dụng tuyến lệchngang bao gồm bộ khuyếch đại đồng bộ (KĐĐB), bộ tạo quét, trong đó cóquét đợi (QĐ) và quét liên tục (QLT), bộ khuyếch đại lệch ngang còn gọi làkhuếch đại trục X (KĐX)

Các chuyển mạch cơ bản nhằm xác lập chế độ xác lập của máy baogồm: chuyển mạch các chế độ đồng bộ (CM1), và chuyển mạch các chế độquét (CM2) Ngoài ra trong sơ đồ cấu trúc còn có các bộ phận hiệu chuẩn(HC), dung để hiệu chuẩn các tuyến lệch đứng và lêch ngang của máy Bộkhuếch đại Z (KĐZ) để khuyếch đại tín hiệu khi đưa vào đầu Z của máy (đầuvào Z thường được bố trí phía mặt sau của máy) Khối nguồn cung cấp chocác bộ phận trong máy các nguồn điện áp với các giá trị khác nhau

Hình 7.9 Sơ đồ cấu trúc của máy hiện sóng

2

KĐZ HC

QLT KĐĐB

3

1 2 3 1

CM4

CM3 CM2

Trước hết ta xét các bộ phận thuộc về tuyến lệch đứng Trong tuyếnnày đóng vai trò quan trọng nhất là bộ khuếch đại trục Y (KĐY) Như chúng

ta đã biết độ nhạy của đèn ống tia điện tử thường không quá 0,1mm/V, do đó

để nghiên cứu các tín hiệu nhỏ cần có bộ khuyếch đại nhằm tạo được điện áp

Uy đủ lớn để điều khiển tia điện tử chuyển động theo trục thẳng đứng Mặtkhác bộ khuếch đại trục Y còn có nhiệm vụ tạo ra điện áp đối xứng đặt lêncặp phiến lêch đứng Dải tần công tác của bộ khuếch đại này quyết định dảitần công tác của máy hiện sóng Thông thường dây là bộ khuếch đại dải rộng

có đặc tính biên độ tần số bằng phẳng trong cả dải tần, có trở kháng vào lớn

và hệ số khuếch đại có thể thay đổi được, dễ dàng quan sát các tín hiệu khácnhau Tầng ra của bộ khuếch đại này thường là tầng khuếch đại đẩy kéo hay

tự động đảo pha để cung cấp đối xứng cho cặp phiến lệch đứng

Bộ phân áp có tác dụng mở rộng phạm vi quan sát đối với các tín hiệulớn của máy hiện sóng Hệ số phân áp không được thay đổi trong một dải tầnrộng Thông thường đây là bộ phân áp điện trở, điện dung như hình 7.10

Bộ giữ chậm (GC) có tác dụng giữ chậm tín hiệu cần quan sát một thờigian tgc trước khi tới cặp phiến lệch đứng Vì trong tuyến lệch ngang bao giờcũng tồn tại thời gian quá độ, nên điện áp quét bao giờ cũng xuất hiện muộnhơn tín hiệu đồng bộ (tín hiệu cần quan sát) một thời gian đúng bằng thời gianquá độ (tqđ) Nếu không có bộ phận giũ chậm thì ảnh nhận được sẽ mất phầnphía trước Kết quả là ta không nhận được ảnh đầy đủ trên màn của máy hiệnsóng (xem hình 7.11) để nhận được ảnh đầy đủ ta phải có khâu giữ chậm vàchọn tgc = tqđ

Trong tuyến lệch ngang, bộ khuếch đại đồng bộ (KĐĐB) có chức năngkhuếch đại tín hiệu đồng bộ Uđb đủ lớn để điều khiển các bộ tạo quét nhằmthực hiện đồng bộ tự động Ngoài ra, nó còn có nhiệm vụ khuếch đại sơ bộđiện áp đưa tới đầu vào của máy hiện sóng khi máy làm việc ở chế độ khuếchđại

Bộ tạo quét gồm hai khối tạo quét liên tục (QLT) và tạo quét đợi (QĐ).

Bộ này có nhiệm vụ tạo ra điện áp răng cưa với độ méo nhỏ nhằm điều khiểntia điện tử theo trục X Mặt khác, còn tạo ra các xung âm ứng với thời gianquét ngược để đưa tới lưới điều chế L của đèn ống tia điện tử nhờ chuyểnmạch CM2 Việc vi chỉnh tần số quét tạo cho ta khả năng thiết lập trạng tháiđồng bộ của máy bằng tay Đối với bộ tạo quét đợi (QĐ) việc điều chỉnh tần

số lúc này có tác dụng điều khiển độ rộng xung răng cưa

Bộ khuếch đại lệch ngang, còn gọi là khuếch đại trục X (KĐX), cónhiệm vụ khuếch đại điện áp quét hoặc điện áp đưa từ đầu vào X tới mức đủlớn để điều khiển tia điện tử chuyển động theo trục X Bộ khuếch đại này códải tần cũng như hệ số khuếch đại nhỏ hơn so với bộ khuếch đại lệch đứng

Bộ khuếch đại này cũng phải có đầu ra đối xứng để cung cấp cho cặp phiếnlệch ngang

Bộ hiệu chuẩn (HC) trong máy hiện sóng có nhiệm vụ tạo ra tín hiệumẫu có biên độ và tần số biết trước giá trị, chính xác và ổn định, dùng để hiệuchuẩn các tuyến lệch đứng và lệch ngang trong phép đo điện áp và các phép

đo thời gian (tần số, chu kỳ ) tương ứng Tín hiệu tạo ra từ bộ hiệu chuẩn(HC) thường có đầu ra trên mặt máy sẽ sử dụng như một tín hiệu mẫu trongcác phép đo so sánh Thông thường tín hiệu mẫu của bộ hiệu chuẩn có dạngdẫy xung (xem hình 7.12b) Trong phép đo so sánh, tín hiệu mẫu sẽ được đưatrở lại đầu vào Y hoặc tới đầu vào Z của máy hiện sóng Khi đo biên độ điện

áp, tín hiệu mẫu được đưa tới đầu vào Y của máy để so sánh với biên độ tínhiệu cần nghiên cứu đã đưa tới đầu vào này trước đó Giả sử với cùng một tỷ

lệ xích biên độ, chiều cao ảnh của điện áp mẫu Um là Ym (cm), còn chiều caoảnh điện áp cần nghiên cứu (cần đo) là Ux là Yx (cm) (xem hình 7.12a và b) tacó:

ta có:

m m

X X

X

X f

Bộ khuếch đại Z dùng để khuếch đại tín hiệu điều chế độ sáng của hìnhảnh trên màn huỳnh quang trong phép đo các thông số thời gian như chu kỳ,tần số hoặc trong phép đo góc lệch pha giữa hai tín hiệu Chẳng hạn trongphép đo chu kỳ (tần số), tín hiệu mẫu được đưa tới đầu vào Z của máy hiệnsóng, sau khi được khuếch đại bằng bộ khuếch đại z được đưa tới katốt củađèn ống tia điện tử (cũng có trường hợp đưa tới lưới điều chế L) Khi đó tiađiện tử sẽ bị điều chế và hình ảnh của tín hiệu cần nghiên cứu sẽ trở nên giánđoạn như hình 7.12c, ta có: m

Hình 7.12 Các dạng tín hiệu và hình ảnh của tín hiệu cần nghiên cứu

Ngoài các khối chính (xem hình 7.9) trong máy hiện sóng còn có thể cócác bộ phận phụ khác tuỳ theo từng máy cụ thể sẽ được đưa thêm vào cấu trúccủa máy.

7.3.2 Các chế độ làm việc của máy hiện sóng.

Để nghiên cứu toàn bộ hoạt động của máy hiện sóng trước hết ta phải tớichế độ làm việc cơ bản của máy Mỗi chế độ sẽ có nguyên lý hoạt động vàthực hiện chức năng nhất định Để có thể nhận được một hình ảnh nào đó trênmàn ảnh, thì phải xác định được chế độ quét, chế độ đồng bộ Như vậy, vềnguyên tắc, có thể thiết lập được 7 chế độ làm việc của máy hiện sóng

a) Chế độ quét liên tục đồng bộ trong.

Chuyển mạch chế độ đồng bộ CM1 đặt ở vị trí 1 (đồng bộ trong), chuyểnmạch chế độ quét CM2 đặt ở vị trí 1 (quét liên tục) Tín hiệu cần nghiên cứuđược đưa tới đầu vào Y (xem hình 7.9) Tia điện tử sẽ được điều khiển bởi tínhiệu cần nghiên cứu đặt lên cặp phiến lệch đứng và điện áp quét răng cưa liêntục đặt lên cặp phiến lệch ngang Do vậy, trên màn của máy hiện sóng sẽ nhậnđược ảnh của tín hiệu cần nghiên cứu Độ cao của ảnh có thể thay đổi đượctừng bậc nhờ bộ phân áp và có thể vi chỉnh nhờ thay đổi hệ số khuếch đại lệchđứng Số chu kỳ tín hiệu trên màn (hay độ rộng của ảnh) có thể thay đổi nhờthay đổi tần số của bộ tạo quét liên tục Việc đồng bộ được thực hiện bằng taynhờ núm vi chỉnh tần số quét và thực hiện tự động nhờ điều chỉnh biên độ củatín hiệu đồng bộ Từ hình ảnh nhận được có thể tiến hành đo các thông số củatín hiệu cần nghiên cứu Đây là chế độ được sử dụng rộng rãi nhất nhằm quansát dạng tín hiệu điều hoà hoặc tín hiệu xung tuần hoàn có độ hổng không lớn

b) Chế độ quét liên tục đồng bộ ngoài.

Chuyển mạch đồng bộ CM1 đặt ở vị trí 2 (đồng bộ ngoài), chuyển mạchchế độ quét CM2 vẫn đặt ở vị trí 1 (quét liên tục) Tín hiệu cần nghiên cứuđược đưa tới đầu vào Y, còn tín hiệu đồng bộ đưa từ ngoài vào tới đầu X(xem hình 7.9) Xét về mặt nguyên lý làm việc của máy thì chế độ này cũnggiống như chế độ ở mục a) tức là trên cặp phiến lệch đứng là tín hiệu cầnnghiên cứu và còn trên cặp phiến lệch ngang là điện áp quét răng cưa liên tục.Chế độ này cũng dùng để quan sát tín hiệu điều hoà

c) Chế độ quét liên tục đồng bộ mạng lưới.

d) Chế độ quét đợi đồng bộ trong.

Chuyển mạch đồng bộ CM1 đặt ở vị trí 1 (đồng bộ trong), còn chuyểnmạch chế độ quét CM2 đặt ở vị trí 2 (quét đợi) khác với chế độ ở mục a)trong chế độ này bộ tạo quét liên tục được thay bằng bộ tạo quét đợi Ngoài ratoàn bộ nguyên lý hoạt động không có gì thay đổi, chế độ này dùng để nghiên