Bài giảng Đo điện tử: Chương 6 - Thiết bị phân tích tín hiệu

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Đo điện tử" Chương 6 - Thiết bị phân tích tín hiệu, cung cấp cho sinh viên những kiến thức như: Máy đo độ méo dạng; Máy đo hệ số Q; Máy phân tích phổ tần tín hiệu;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Đo điện tử: Chương 6 - Thiết bị phân tích tín hiệu

Chương 6: Thiết bị phân tích tín hiệu 6.1.Máy đo độ méo dạng. Định nghĩa độ méo dạng. Nguyên lý máy đo độ méo dạng. Đo độ méo dạng tín hiệu từ mạch khuếch đại Độ méo dạng tín hiệu AM. 6.2.Máy đo hệ số Q. Nguyên lý máy đo. Máy đo thực tế 6.3.Máy phân tích phổ tần tín hiệu.
6.1.Máy đo độ méo dạng • Định nghĩa độ méo dạng: A + A + .....+ A 2 2 2 D= 1 2 n A0 • Nếu tính theo (%): D x100 • Với: Ao : biên độ; fo : tần số; A1, A2, A3....An : biên độ các họa tần f1, f2, f3...fn ;(f2 =3/2f1 =3fo ); • Ví dụ: Ao = 3V(RMS); A1 = 0,5(RMS); A2 = 0,1(RMS); A3 = 0,05(RMS). Như vậy: D(%) = (0,5)2 + (0,1) + (0,05) 2  2 1/ 2 x100 = 17% 3
Mạch nguyên lý đo độ méo dạng Hình 6.1:Mạch nguyên lý đo độ méo dạng Rv
Theo hình 6.1 ta có: • Mạch 1: Mạch tiền khuếch đại: có nhiệm vụ điều hợp tổng trở cho mạch cầu Wien và mạch ngõ vào • Mạch 2:Mạch cầu Wien có nhiệm vụ là mạch giải chặn,tại tần số cộng hưởng f r = 1/ 2RC tín hiệu có cùng tần số này bị lọc không xuất hiện ở ngõ ra của cầu.Khi S ở 1 cầu Wien nối mass • Mạch 3: Mạch khuếch đại tín hiệu ra từ cầu Wien. • Theo nguyên lý sự hoạt động của mạch như sau: • Trước hết khoá S ở vị trí 1 (vị trí chỉnh máy). Điều chỉnh RV cho kim chỉ thị số lớn nhất của thang đo ( tín hiệu được đo có tần số cơ bản fo và các sóng hài bậc cao). Sau đó khóa S ở vị trí 2, cầu Wien được tái lập, điều chỉnh R và C cho đến khi nào kim chỉ thị có giá trị nhỏ nhất, lúc ấy tín hiệu đi vào mạch khuếch đại chỉ còn lại sóng hài (họa tần). Trị số độ méo dạng là trị số nhỏ nhất nầy (được tính theo đơn vị %) hoặc trị RMS của sóng hài còn lại.
Đo độ méo dạng của tín hiệu đi ra từ mạch khuếch đại 1: Máy tạo tín hiệu âm thanh có tần số từ 20Hz đến 10kHz 2: Mạch khuếch đại cần đo độ méo dạng của tín hiệu ra ở tải 3: Máy đo độ méo dạng
Cách tính độ méo dạng cho tín hiệu điều biên (AM). IMD: trị số méo dạng của tín hiệu biến điệu biên độ. M: điện áp tính từ trị số đỉnh cao nhất phần âm đến cao nhất phần dương m: tính từ trị số đỉnh thấp nhất phần dương đến đỉnh thấp nhất phần âm.Ví dụ:M = 3V; m = 2V; 3− 2 IMD = x100 = 20% 3+ 2
6.2.Máy đo hệ số Q Nguyên lý: Các phần tử điện trở,cuộn dây,tụ điện ở tần số cao thì phương pháp cầu đo không thể đo được do ảnh hưởng ký sinh.Ta phải dùng ph. ph.cộng hưởng ở tần số hay gần tần số hoạt động.Mạch nguyên lý của Q kế như hình: E là nguồn tín hiệu tần số cao (RF); cuộn dây khảo sát có phần tử Lx ,Rx .Tụ điện thay đổi C có điện áp 2 đầu đo được Vc. Chỉnh tần số của E có trị số f0 cần khảo sát. Chọn trước biên độ nguồn E. Điều chỉnh C để có cộng hưởng khi đó vôn kế chỉ Vc cực đại. Khi đó thành phần cảm kháng và dung kháng khử nhau dòng điện I trong mạch có
trị số lớn nhất:I = VE/R. Ta có hệ số Q được tính như sau: 1 VE 1 L VL VC Vc = I . = ;Vc = VL = L0 I Q= = = C0 R C0 R VE VE Ví dụ: Nguồn E có VE = 100mV, cuộn dây có R = 5Ω và XL =Lω = XC = 1/Cω =100Ω tại tần số cộng hưởng. Tính hệ số Q và độ chỉ của vôn kế? Giải: Tại tần số cộng hưởng, I = VE /R = 100mV/5Ω = 20mA; vôn kế chỉ thị : VC = VL = I/Cω = ILω = 20mAx100Ω = 2V. Lưu ý:-Ta có thể ghi tỉ số VC/VE trên vôn kế để đo Q của cuộn dây -Trị số C thay đổi trong Q kế thường xác định được nhờ trị giá ghi trên đỉa từ đó ta xác định được trị số Lx tại tần số cộng hưởng. -Khi nguồn E có nội trở Rs thì dòng điện cộng hưởng I = VE /(R+Rs ) và Q = VL /VE = LIω /VE = Lω/(R+Rs ) Trong khi trị số thực của Q là Lω/R nghĩa là có sai số.Để sai số không đáng kể ta phải có R>>Rs .Máy đo Q thực tế có Rs ≈ 0,02Ω
Máy đo Q thực tế • Nguồn Vs có biên độ ổn định nên không cần có vôn kế VE . • Có thêm 2 đầu để mắc phần tử cần đo • Có thêm 1 số cuộn dây và tụ mẫu để đo Lx ,Cx bất kỳ. • Ví dụ: Máy cho biết cuộn dây có Q=98; C=147pF và cộng hưởng Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá ở tần số f0 =1,25MHz.Tính Lx ; Rx . Giải: • Ta có: LxCω2 = 1 .Suy ra: 1 1 Lx = =  110 H C 2 147 10  (2 1,25) 10 −12 2 12 Lx 110 10 −6  2 1,25 106 Rx = = = 8,8 Q 98
Cách đo phần tử có tổng trở lớn: Đo điện cảm lớn Lp mắc song song • Thường để đo LP >100mH • Trước hết gắn cuộn dây mẫu L vào Q kế, chọn tần số cộng hưởng f0 theo qui định của cuộn dây mẫu. • Điều chỉnh C cho đến khi mạch cộng hưởng, ghi lại trị số Q1 và C1. Maùy ño Q thöïc teá Hình 11.6: • Sau đó mắc cuộn dây đo Lp song song với tụ C (2 đầu HI và GND) ,chỉnh C cho mạch cộng hưởng ghi lại trị 1 số Q2 ; C2 . Ta có: Lp = 2  (C2 − C1 )
Cách đo phần tử có tổng trở lớn: Đo điện dung nhỏ Cp mắc song song • Thường để đo CP
Cách đo phần tử có tổng trở lớn: Đo điện trở lớn RP mắc song song • Trước hết điều chỉnh cho mạch cộng hưởng với cuộn dây mẫu L giống như cách đo LP, ghi lại trị giá C1; Q1 • Sau đó mắc điện trở cần đo RP vào 2 đầu tụ C, Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá trường hợp này mạch cộng hưởng không bị ảnh hưởng (C2 = C1), Q thay đổi và có trị giá Q2 . Trị giá RP được xác định: 1 1 Rp = =  (Q2C2 − Q1C1 ) C1 (Q2 − Q1 )
Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ: Đo điện trở nhỏ Rs mắc nối tiếp • Phần tử đo RS nối giữa đầu LO của Q kế và đầu điện áp thấp của cuộn dây mẫu , đầu còn lại của cuộn dây mẫu nối vào đầu HI. • Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt RS ,điều chỉnh C cho mạch cộng hưởng,ghi lại trị giá Q1 ; C1 . • Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch, trường hợp này mạch cộng hưởng không bị ảnh hưởng (C2 = C1) ghi lại Q2 C1Q1 − C2Q2 Q1 − Q2 Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá Rs = = C1C2Q1Q2 C1Q1Q2
Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ: Đo điện cảm nhỏ Ls mắc nối tiếp • Phần tử đo LS nối giữa đầu LO của Q kế và đầu điện áp thấp của cuộn dây mẫu , đầu còn lại của cuộn dây mẫu nối vào đầu HI. • Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt LS ,điều chỉnh C cho mạch cộng hưởng,ghi lại trị giá C1 . • Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch, điều chỉnh C cho mạch cộng hưởng ghi lại trị giá C2 .Ta có: C1 − C2 Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá Ls = 2  C1C2
Cách đo phần tử có tổng trở nhỏ: Đo điện dung lớn Cs mắc nối tiếp • Phần tử đo CS nối giữa đầu LO của Q kế và đầu điện áp thấp của cuộn dây mẫu , đầu còn lại của cuộn dây mẫu nối vào đầu HI. • Trước hết dùng 1 đoạn dây nối tắt CS ,điều chỉnh C cho mạch cộng hưởng,ghi lại trị giá C1 . • Sau đó tháo bỏ dây ngắn mạch, điều chỉnh C cho mạch cộng hưởng ghi lại trị giá C2 .Trường hợp này Q không thay đổi nhiều. Hình 11.6: Maùy ño Q thöïc teá C1C2 Cs = C2 − C1
6.3.Máy phân tích phổ tần tín hiệu Máy phân tích phổ tần có nhiệm vụ tách những tín hiệu có tần số khác nhau trong một tín hiệu có dạng bất kỳ. Sau đó trình bày những phần tử tín hiệu này lên màn hình của dao động ký với biên độ tín hiệu điều khiển quét dọc, còn tần số tín hiệu được biểu diễn theo trục ngang của dao động ký, khi đó ta sẽ có hình ảnh một phổ tần của các tần số tín hiệu khác nhau trên màn ảnh của dao động ký.
6.3.1.Máy phân tích phổ tần theo cách quét TRF • Cách quét TRF: dùng tín hiệu răng cưa điều khiển mạch lọc có tần số tín hiệu lọc thay đổi (điều chỉnh được nhờ điện áp tín hiệu răng cưa).Tín hiệu cần phân tích phổ được đưa vào khối 1.Tín hiệu quét được khối 5 tạo ra để trộn sóng cho khối 1, sau đó tín hiệu được đưa qua mạch tách sóng 2, khối khuếch đại 3 và điều khiển quét dọc.Tín hiệu răng cưa cũng đưa vào khối 4 để đường quét ngang trên màn hình tỉ lệ với tần số lọc của khối 1
Máy phân tích phổ tần theo cách quét TRF • Ví dụ Tần số lọc của khối 1 quét từ f1 đến f2 do tín hiệu răng cưa điều khiển, đường nằm ngang trên màn ảnh biểu diển trục tần số từ f1 đến f2 .Tín hiệu vào có tần số fs đưa vào khối 1, khi mạch được điều khiển đến tần số fs thì ngõ ra xuất hiện tín hiệu sau đó qua mạch tách sóng để có điện áp DC bằng trị đỉnh tín hiệu. Điện áp này đưa vào mạch khuếch đại dọc để điều khiển quét dọc hệ quả trên màn hình ta thu được dạng xung có biên độ được xác định bởi trục dọc tại tần số fs được xác định bởi trục ngang