đo tần số và góc lệch pha

Phương pháp đo gián tiếp : •* Dùng các phần tử thụ động : •Các phần tử thụ động là các phần tử mà trị số của chúng thay đổi theo tần số.. Trên mạch từ hình chữ U,một miếng sắt được gắ

CHƯƠNG 7

ĐO TẦN SỐ

VÀ GÓC LỆCH PHA

5.1 ĐO TẦN SỒ :

1.Khái niệm chung :

Một tín hiệu dao động thường được

- X max : Biên độ của tín hiệu

- w : Tần số góc của tín hiệu

- (w.t + j) : pha của tín hiệu

- j : Pha ban đầu

2 Phương pháp đo gián tiếp :

•* Dùng các phần tử thụ động :

•Các phần tử thụ động là các phần tử mà trị số của chúng thay đổi

theo tần số Thường các tụ điện và cuộn cảm mẫu

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

a Cấu tạo :

gồm một nam châm điện cĩ cuộn dây

quấn Trên mạch từ hình chữ U,một miếng

sắt được gắn chặt với một thanh rung, trên

thanh rung cĩ gắn các lá rung cĩ tần số

dao động riêng f o khác nhau, đầu các lá

rung cĩ gắn một miếng kim loại trên đĩ

biên độä cực đại Căn cứ vào biên độ của lá rung mà suy ra f x 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

Thanh rung

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

a Tần số lôgômét điện động (sắt điện động) :

* Cấu tạo :

Cuộn tĩnh A mắc nối tiếp với cuộn động B 2

nối tiếp với các phần tử R 2 ,L 2 ,C 2 Còn cuộn

động B 1 mắc nối tiếp với C 1

* Nguyên lý :

Các thông số của cuộn tĩnh A ,R 2 , L 2 , C 2 và

B 2 được chọn sao cho tạo được cộng hưởng

trong mạch có tần số bằng gía trị trung bình

của dải tần cần đo

Giới hạn đo khoảng 50 ÷ 1500 Hz

b Tần số lôgômét điện từ :

B

* Nguyên lý :

Vì các cuộn dây được mắc với các phấn tử có đặc tính khác nhau và phụ thuộc vào tần số nên dòng điện trong các nhánh sẽ phụ thuộc vào tần số

b Tần số lôgômét từ điện :

* Cấu tạo :

- Cuộn dây thứ nhất được nối với

L 1 , C 1 và mạch chỉnh lưu

- Cuộn dây thứ hai được nối với

R 2 , và mạch chỉnh lưu

* Nguyên lý :

- Dòng điện I 1 sẽ phụ thộc vào tân số : I 1 = U fx /Z 1 = f(f x )

- Dòng điện I 2 không phụ thuộc vào tần số I 2 = U fx /(r 2 +R 2 ) = a

Góc quay của tỷ số kế :

5 Tần số điện tử :

a Tần số kế điện dung đổi nối điện tử :

- Khi khóa K ở vị trí số 1 Tụ C được nạp

đến điện áp U 1

- Khi khoá K ở vị trí số 2 Tụ C phóng

điện qua chỉ thị từ điện đến điện áp U 2

Điện lượng mà tụ nhận được khi nạp

b Tần số kế điện dung chỉnh lưu :

Tạo xung

U fx

D 1

Điện áp U fx có tần số fx cần đo được

đưa vào bộ tạo xung để có xung vuông

có tần số f x Khi xung tồn tại tụ điện

được nạp qua D 1

Góc lệch của chỉ thị tỷ lệ với dòng điện trung bình

a = Si.I = Si.q.fx = Si.C.Um.fx = k.fx

Thang đo chỉ thị từ điện sẽ khắc độ theo tần số f x cần đo

Khi không có xung, tụ điện sẽ phóng điện qua D2 và cơ cấu đo từ điện

6 Tần số chỉ thị số :

a Sơ đô khối :

b Nguyên lý :

- Tín hiệu có tần số cần đo fx qua thếit bị đầu vào và bộ tạo xung để Có các xung có tần số f x với biên độ không đổi và đưa vào khóa điện tử K

- Khi FXC qua điểm 0 lần thứ 1, nó phát ra một xung ra lệnh cho mạch điều khiển làm việc, mạch điều khiển sẽ phát ra các xung mở khóa K để các xung có tần số fx đi vào bộ đếm, đồng thời nó cũng phát ra một xung ra lệch cho bộ xóa, xóa hết các giá trị trên bộ đếm và bộ đếm bắt đầu đếm từ 0 trở đi

- Khi FXC qua điểm 0 lần 2 (xác định thời gian Tđo, nó phát ra một xung tác động đến ĐK Mạch ĐK ra lệnh cho K đóng lại Các xung trên bộ đếm sẽ được chỉ thị trên bộ đếm

U fx Bộ vào Bộ

T X K đếm Bộ Chỉ thị Số

Số xung mà máy đếm được :

N = Tx/Tđo = k.To/Tx = k.fx/f0

Nếu thời gian đo T đo có giá tri T đo = 1s thì : N = fx

Sai số phép đo càng nhỏ khi f x càng lớn và càng lớn khi đo ở các

tần số thấp Để khắc phục sai số này người ta đo tần số theo PP

chu kỳ

Bộ vào T X Bộ

Bộ đếm Chỉ thị Số

K Đ.K

Khi K mở các xung có tần số f 0 từ FXC đi vào bộ đếm và chỉ thị

Số xung đếm được : N = Tx/To = fo/fx fx = fo/N

* Sơ đô khối :

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

Khi C = const thì fX = k.(1/R)

Để cầu đo được dễ cân bằng, thì dạng tín hiệu phải không có họa tần Điều này có thể thực hiện được bằng cách nối tiếp bộ chỉ thị không của cầu cân bằng bằng mạch lọc

Cấu “T” đôi (mạch lọc T đôi)

Sơ đồ cầu T đôi

f x Cầu cân bằng có điều kiện :

7 Đo tần số bằng Dao động ký :

a Phương pháp thời gian (chu kỳ) :

- Tần số f x được đưa vào trục Y

- Điều chỉnh các nút điều khiển của DĐK

để trên OSC xuất hiện dạng tín hiệu

Tính chu kỳ của tín hiệu :

Tx = Sx.n -Sx : hằng số đọc trên nút điều

chỉnh t/DIV hay t/cm

- n : là số ô hay số cm

fx = 1/Tx

OSC

OPSILLOCOPE

f x

Ví dụ :

- S x : 1ms/ô (cm)

- n = 6ô (6cm)

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

f x = 1/T x = 1/6.10 -6

fx = 16,6.10 3 = 16,6 KHz

T x

b Phương pháp đường sáng lisajiu :

- Tần số f x được đưa vào trục Y

- Tần số f o được đưa vào trục X

- Trên OSC xuất hiện một đường sáng

- Điều chỉnh tần số máy phát f 0 để đường

sáng ổn định

- Đường sáng sẽ đứng yên nếu tần số của

các tín hiệu chuẩn f 0 và cần đo f x bằng nhau

hay bằng tỉ số của các số nguyên

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

giao điểm của trục tọa độ với đường sáng

Ta có : fx

f0 = Y X - X : Số giao điểm của đường sáng với trục X - Y : Số giao điểm của đường sáng với trục Y

Y X

fx = f0

c Phương pháp quét vòng :

- Tần số f 0 được đưa vào bộ quay pha

R,C để có hai điện áp bằng nhau nhưng

lệch pha nhau một góc 90 0 Hai điện áp

này được đưa vào các bản cực Y, X

- Trên OSC của dao động ký sẽ xuất

hiện một đường sáng có dạng hình tròn

- Tần số f x được đưa vào cực điều khiển

sáng tối của dao động ký

- Trên OSC sẽ xuất hiện những vạch

sáng và tối xen kẽ nhau

- Đếm số vạch sáng hoặc tối

Ta có : fx = m.f0

m : số vạch sáng hoặc tối

vạch tối vạch sáng

5.2 ĐO GÓC LỆCH PHA :

1.Khái niệm chung :

Hai dao động có tần số như nhau

x 1 = X 1max sin(w.t + j1)

x 2 = X 2max sin(w.t + j2) Góc lệch pha giữa x 1 ,x 2 là :

j = x1,x2 = j1 - j2

2

2 Phương pháp đo gián tiếp :

•* Dùng W.mét, V.mét, A.mét :

- j=0 : X 1 cùng pha với X 2

- j>0 : X 1 nhanh pha hơn X 2

- j<0 : X 1 chậmpha hơn X 2 Nếu:

2 Cos j mét điện động một pha :

- Cuộn dây phần tĩnh A mắc nối tiếp với tải

- Cuộn dây phần động B 1 mắc nối tiếp với

một cuộn cảm L 1 và mắc song song với tải

- Cuộn dây phần động B 2 mắc nối tiếp với

một điện trở R 2 và mắc song song với tải

-Góc quay a phần động tỷ lệ với tgj hay góc j nên trên thang đo

có thể khắc độ góc j hay cosj

3 Cos j mét điện động ba pha :

- Cuộn dây phần động B 1 và B 2 mắc

nối tiếp với điện trở và mắc vào 2

pha còn lại

-Góc quay của chỉ thị a = f(j).Thang đo được khắc độ theo j hay cosj cần đo

3 Cos j mét điện tử :

I tb

-Các tín hiệu U x1 , U x2 được đưa qua các bộ

tạo xung TX 1 ,TX 2 để tạo ra các xung U 1 ,U 2

Các xung này sẽ được đưa đến các đầu vào

S,R của Trigiơ

- Như vậy các tín hiệu đầu vào nhờ các bộ

tạo xung đã biến đổi góc lệch pha j thành

khoảng thời gian giữa các xung

- Khi có sự tác động của các xung này lên

đấu vào của Trigiơ thì xuất hiện I tr ở đầu ra

- Chỉ thị từ điện có dòng điện I tb chạy qua

4 Cos j mét hiện số :

a Sơ đồ khối :

- Các tín hiệu U x1 , U x2 được đưa qua các

bộ tạo xung TX 1 ,TX 2 để tạo ra các xung

U 1 ,U 2

-Các xung này sẽ được đưa đến các đầu

vào S,R của Trigiơ và tạo ra ở đầu ra

trigiơ một xung có độ dài tỷ lệ với góc

lệch pha j

 Khóa K được mở trong khoảng thời

gian t x

- Khi khóa K mở trong khoảng thời gian t x , các xung có tần số f 0 từ

MFC đi vào bộ đếm

Số xung đếm được : N = = t t x x f 0

T 0 = 360 t x 0 jx .f 0 = . 360 f 0 0 f x jx

N = k. jx

Khi f 0 ,f x là const

Sai số của cosj mét chủ yếu là do tần số f x không ổn định Trong thực tế người ta thường sử dụng theo sơ đồ sau :

Trong sơ đồ này người ta tính số xung cần

đo trong khoảng thời gian T u Khoảng thời

gian T u được tạo ra bằng một bộ chia tần

từ bộ MFC f o Tín hiệu xung T u được đưa

đến mở khoá điện từ K 2 và các xung từ

các khoảng thời gian T x nằm trong T u sẽ

đi vào bộ đếm

5 Đo góc lệch pha bằng Dao động ký :

- Điện áp U 1 được đưa vào trục Y

- Điện áp U 2 được đưa vào trục X

- Trên OSC xuất hiện một đường

sáng có dạnghình elíp

a Phương pháp đường sáng lisajiu :

OSC

OPSILLOCOPE

A

B

Góc lệch pha được xác định :

Đặc biệt :

j =o o<j <90 o j = 90 o 90 o<j <180 o j = 180 o

2

B

A

b Phương pháp thời gian (chu kỳ) :

OSC

OPSILLOCOPE

Y A Y B

- Điện áp U 1 được đưa vào kênh Y A

- Điện áp U 2 được đưa vào kênh Y B

- Trên OSC xuất hiện dạng của hai tín hiệu

c DĐK và bộ quay pha :

- Điện áp UY có góc pha thay đổi

được đưa vào kênh Y B

- Điện áp U 1 ,U 2 lần lượt được đưa

vào kênh Y A qua cầu dao đổi nối CD

U 1

U 2

CD

- Khi đưa U 1 vào, điều chỉnh y để trên OSC

là một đường thẳng Ta có : j1 = y1

- Khi đưa U 2 vào, điều chỉnh y để trên OSC

là một đường thẳng Ta có : j2 = y2

Góc lệch pha được xác định :

j = j1- j2 = y1- y2

OPSILLOCOPE