Bài giảng Cơ sở kĩ thuật đo lường điện tử: Chương 4 - TS. Phạm Hải Đăng

Chương 4 - Đo tần số, khoảng thời gian và đo độ di pha. Nội dung chính trong chương này gồm có: Khái niệm chung, đo tần số bằng các phần tử có tham số phụ thuộc vào tần số, đo tần số bằng các thiết bị so sánh, đo tần số bằng phương pháp đếm xung, đo chu kì, tổ hợp tần số, đo độ di pha.

Chương 4: 4: Đo Đo tần tần số số, , khoảng khoảng thời thời gian gian và và đo đo độ độ di di pha pha

Nội dung chính:

Khái niệm chung

Đo tần số bằng các phần tử có tham số phụ thuộc vào tần số

4.1

4.1 Khái Khái niệm niệm chung chung

Tần số là một trong những tham số rất quan trọng của

nguồn tín hiệu bất kỳ Nhưng các tín hiệu trong lĩnh vực

điện tử viễn thông có dải tần biến thiên từ nHz ÷n1015 Hz

4.2.Đo

4.2.Đo tầntần sốsố bằngbằng cáccác phầnphần tửtử cócó thamtham sốsố phụphụ thuộcthuộc vàovào tầntần sốsố

Phương pháp đo: So sánh tần số cần đo với tần số chuẩn

đã biết để từ đó xác định tần số cần đo Về cấu tạo có thể dùng:

Dùng các phần tử mạch có tham số phụ thuộc vào tần số

Dùng các thiết bị so sánh

Dùng phương pháp đếm

09/10/2008

4.2.Đo

4.2.Đo tầntần sốsố bằngbằng cáccác phầnphần tửtử cócó thamtham sốsố phụphụ thuộcthuộc vàovào tầntần sốsố

Nguyên tắc chung: Dùng các mạch cộng hưởng để cộng

hưởng giữa tần số cần đo với tần số của mạch.

A Cộng hưởng cầu:

4 2

4.2.Đo

4.2.Đo tầntần sốsố bằngbằng cáccác phầnphần tửtử cócó thamtham sốsố phụphụ thuộcthuộc vàovào tầntần sốsố

Biến đổi phương trình ta có:

đổi sẵn và khắc trên thang đo tương ứng với C.

1 2

4.2.Đo

4.2.Đo tầntần sốsố bằngbằng cáccác phầnphần tửtử cócó thamtham sốsố phụphụ thuộcthuộc vàovào tầntần sốsố

B Mạch cộng hưởng LC

Tuỳ theo dải tần số mà mạch cộng hưởng có các cấu tạo khác nhau

Hình 4-4 Sơ đồ khối ghép nối mạch cộng hưởng

Trong các thiết bị đo tần số bằng phương pháp cộng hưởng, thì thực

tế để dùng được trong các tần đoạn khác nhau, mạch cộng hưởng có

ba loại:

1 Mạch cộng hưởng có điện dung và điện cảm đều là các linh kiện có thông

số tập trung.

2 Mạch cộng hưởng có pha trộn giữa linh kiện có thông số tập trung là điện

dung, và linh kiện có thông số phân bố là điện cảm.

3 Mạch cộng hưởng có điện dung và điện cảm đều là các linh kiện có thông

số phân bố.

09/10/2008

4.2.Đo

4.2.Đo tầntần sốsố bằngbằng cáccác phầnphần tửtử cócó thamtham sốsố phụphụ thuộcthuộc vàovào tầntần sốsố

Hình 4-5 là sơ đồ của loại mạch thứ nhất Trong đó, điện dung và điện

Hình 4-5 Hình 4-6

cảm là các linh kiện có thông số tập trung L và C

Tần số mét loại này có lượng trình từ 10kHz đến 500MHz Sai số đạt trong khoảng 0,25%÷3%

Hình 4-6 là mạch điện của tần số-mét mà mạch cộng hưởng là có pha

trộn các linh kiện có thông số tập trung và linh kiện có thông số phân

bố Mạch cộng hưởng ở đây gồm có tụ xoay kiểu hình bướm Bộ phận tĩnh điện của tụ được nối với nhau bằng vòng kim loại V, vòng này

đóng vai trò điện cảm phân bố của mạch

4.3

4.3 Đo Đo tần tần số số bằng bằng các các thiết thiết bị bị so so sánh sánh

A Sử dụng Oscillo - Phương pháp sử dụng dao động đồ của oscillo (Litxagiu)

Sử dụng hình litxagiu tạo ra trên màn hình Oscillo để xác định tần số theo tín hiệu có

tần số chuẩn.

 Đưa tín hiệu cần đo tần số f x vào cặp phiến làm lệch X.

 Đưa tín hiệu có tần số chuẩn f ch vào cặp phiến làm lệch Y.

Để xác định tần số cần đo ta dùng 2 cát tuyến cắt dao động đồ “Litxagiu” theo 2 phương

đứng và ngang, thoả mãn số điểm cắt hình “Litxagiu” là tối đa.

Số giao điểm theo phương X và Y lần lượt là n và m.

Số giao điểm theo phương X và Y lần lượt là n và m.

Hình 4-13 Phương pháp

quét tròn

4.3

4.3 Đo Đo tần tần số số bằng bằng các các thiết thiết bị bị so so sánh sánh

A Sử dụng Oscillo – Phương pháp quét tròn

Tín hiệu có tần số chuẩn f ch được đưa vào 2 cặp phiến làm

lệch X, Y (Hình 4-13) Đầu vào X và Y lệch pha 90 o

 Trên màn hình sẽ xuất hiện dao động đồ dạng tròn

 Số lượng đoạn tối (hoặc số lượng đoạn sáng) – Hình

4-14 (a) (b) do tín hiệu đưa vào lưới G

 Số lượng các múi lồi/lõm – Hình 4-14 (c) do tín hiệu

đưa vào điện cực tăng tốc A2

x ch

f n f

=

4.3

4.3 Đo Đo tần tần số số bằng bằng các các thiết thiết bị bị so so sánh sánh

B Đo tần số bằng phương pháp ngoại sai

Sử dụng phương pháp trộn tần và bộ lọc thông thấp để tạo ra tần số

phách

Bộ chỉ thị là tai nghe, đèn chỉ thị hoặc bộ chỉnh lưu bằng chất rắn

Điều chỉnh bộ tạo sóng ngoại sai thoả mãn

Trộn Tần

Lọc thông thấp (LPF)

Chỉ thị

Tạo sóng Ngoại sai

4.4

4.4 Đo Đo tần tần số số bằng bằng phương phương pháp pháp đếm đếm xung xung

Sơ đồ khối của việc đo tần số bằng phương pháp đếm xung

 Bộ tạo dạng xung: biến đổi tín hiệu điều hoà tần số f x thành các tín

hiệu dạng xung có cùng chu kì với tín hiệu

 Bộ tạo xung chuẩn: tạo xung có độ ổn định cao, thường là dao động

thạch anh Ngoài ra còn có các bộ nhân chia tần để tạo ra nhiều tần

4.4

4.4 Đo Đo tần tần số số bằng bằng phương phương pháp pháp đếm đếm xung xung

Sai số của phương pháp đo theo hình 4-22 phụ thuộc:

 Độ chính xác của xung chuẩn T ch

 Vấn đề đồng bộ giữa xung mở và xung đếm

 Do đó sai số của phương pháp này là sai số ±1

 Để tăng độ chính xác của phương pháp này (hình 4-22), cần tăng

4.4

4.4 Đo Đo tần tần số số bằng bằng phương phương pháp pháp đếm đếm xung xung

Ngoài ra, một phương pháp đo tần số bằng phương pháp đếm xung

khác được minh hoạ trong hình 4-26

Tần số đo được x ch

f f

n

=

Bộ tạo xung chuẩn

Bộ tạo dạng xung

Bộ chọn xung Bộ đếm

I II

09/10/2008

Mạch vào

x

f

Bộ điều khiển

Bộ tạo dạng xung

4.5

4.5 Đo Đo chu chu kì kì ((đo đo khoảng khoảng thời thời gian gian))

Do quan hệ giữa chu kỳ và tần số là:

cho nên mọi phép đo chu kỳ đều có thể thực hiện tương tự như đo tần số.

Ví dụ 1: đo chu kỳ bằng cầu cộng hưởng:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động vẫn không thay đổi nhưng kết quả:

sẵn và khắc trên thang đo tương ứng với C.

4.5

4.5 Đo Đo chu chu kì kì ((đo đo khoảng khoảng thời thời gian gian))

Ví dụ 2: đo chu kỳ bằng phương pháp đếm xung

Sử dụng phương pháp 2 (hình 4-26) để thực hiện đếm xung.

Bộ tạo xung chuẩn

Bộ tạo dạng xung

Bộ chọn xung Bộ đếm

I II

x f

Bộ điều khiển

Bộ tạo dạng xung

4.6

4.6 Tổ Tổ hợp hợp tần tần số số

Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tần số tích cực.

Dao động tạo ra với tần số:

Bộ chia tần số được thực hiện bằng phương pháp đếm xung (xung đếm từ dao động

4.6

4.6 Tổ Tổ hợp hợp tần tần số số

Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tần sử dụng bộ VXL

Dao động tạo ra với tần số:

Hệ số chia tần Y của dao động chuẩn và hệ số chia X của bộ dao động biến đổi được lựa

4.7

4.7 Đo Đo độ độ di di pha pha

Độ di pha của 2 tín hiệu điều hòa có cùng tần số là hằng số:

Độ di pha của 2 tín hiệu điều hòa có tần số khác nhau là đại lượng

biến thiên theo thời gian

Độ di pha của 2 tín hiệu tuần hoàn có cùng tần số là độ di pha của hài

bậc 1 Ngoài ra, còn có thể biểu diễn thông qua độ dịch thời gian

4.7

4.7 Đo Đo độ độ di di pha pha

Đo độ di pha bằng phương pháp đo điện áp

Phương pháp đo điện áp được áp dụng với các tín hiệu ở tần số thấp.

Điện áp tổng của 2 tín hiệu điều hòa phụ thuộc vào độ di pha

4.7

4.7 Đo Đo độ độ di di pha pha

Đo độ di pha bằng phương pháp dùng mạch tách sóng

Hai đầu vào (3-4) và (5-6) được đưa vào là hai điện áp cần đo độ di pha.

Trên đèn hai cực Đ1 có điện áp tổng:

Trên đèn hai cực Đ2 có điện áp hiệu:

Nếu hai đèn Đ1 và Đ2 đồng nhất và là loại có đặc tuyến tách sóng đường

thẳng, thì thành phần điện áp một chiều được chỉnh lưu ra trên tải giữa hai

điểm (1-0) là tỉ lệ với trị số điện áp tổng:

Hình 4-76

Thành phần điện áp một chiều được

chỉnh lưu giữa 2 điểm (0-2) tỉ lệ

với trị số điện áp hiệu

cos

U U

φ