intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 4

Chia sẻ: Ouiour Isihf | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:16

Thêm vào BST
Báo xấu
113
lượt xem 25
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Transistor Q3 được cấp nguồn VEE = +4,5V, điện áp tiếp giáp B-E của Q3 là 0,7Vù. Nếu mạch thiết kế để sao cho IC3 = 1mA, thì sụt áp trên R5 sẽ là: VR5 = IC3R5 = 1mA.12KΩ = 12 V; Và VC3 = –VCC + VR5 = –12V + 12V = 0V. VB2 ≡ VC3 = 0V. Như vậy thế cực đáy của Q1 và Q2 đều bằng 0V khi điện áp vào Vi = 0. Với cách mắc Q3 như vậy làm cho điện áp base Q2 luôn luôn cân bằng với điện áp base của Q1....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 4

  1. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 49 - Hình 2-20. Voân keá transistor khueách ñaïi hoài tieáp. Transistor Q3 ñöôïc caáp nguoàn VEE = +4,5V, ñieän aùp tieáp giaùp B-E cuûa Q3 laø 0,7Vù. Neáu maïch thieát keá ñeå sao cho IC3 = 1mA, thì suït aùp treân R5 seõ laø: VR5 = IC3R5 = 1mA.12KΩ = 12 V; Vaø VC3 = –VCC + VR5 = –12V + 12V = 0V. VB2 ≡ VC3 = 0V. Nhö vaäy theá cöïc ñaùy cuûa Q1 vaø Q2 ñeàu baèng 0V khi ñieän aùp vaøo Vi = 0. Vôùi caùch maéc Q3 nhö vaäy laøm cho ñieän aùp base Q2 luoân luoân caân baèng vôùi ñieän aùp base cuûa Q1. Thaät vaäy, ta giaû söû raèng VB2 < VB1, daãn tôùi doøng IC2 < IC1 vaø laøm cho VR2 taêng leân, khieán VC1 giaûm, doøng ñaùy IB3 taêng, IC3 taêng vaø VR5 taêng laøm cho VC3 taêng keùo VB2 taêng trôû laïi. Ngöôïc laïi, neáu VB2 > VB1 thì quaù trình hoài tieáp seõ laøm cho IC3 giaûm, VC3 giaûm vaø keùo VB2 giaûm xuoáng baèng VB1. Nhö vaäy trong moïi tröôøng hôïp theá ñaùy Q1 vaø Q3 luoân töï ñoäng caân baèng laãn nhau. Neáu theá ñaùy cuûa Q1 taêng leân cao hôn hoaëc xuoáng thaáp hôn möùc 0 thì ñaùy cuûa Q2 cuõng bieán ñoåi laëp laïi ñuùng nhö vaäy. Neáu maéc maùy ño vaøo ñaàu ra nhö treân hình veõ 2-20, maïch seõ hoaït ñoäng gioáng nhö moät voân keá maïch gaùnh emiter tuyeät vôøi. Ñeå maïch coù theå hoaït ñoäng toát caùc transistor Q1 vaø Q2 phaûi hoaøn toaøn gioáng nhau. Baây giôø giaû söû maéc theâm moät ñieän trôû R3 = 100 Ω (ñöôøng chaám chaám), maïch vaãn duy trì traïng thaùi caân baèng theá ñaùy cuûa Q2 vaø Q1. Khi taùc duïng vaøo ñaùy Q1 ñieän aùp Vi = 10mV, ñaàu ra cuõng taêng tôùi möùc ñieän aùp VB2 = 10mV. Vì R3 vaø R4 laø boä chia aùp neân ñieän aùp treân ñieän trôû (R3 + R4) laø: R3 + R 4 Vo = 10 mV ⋅ R3 R3 + R4 9,9 KΩ + 100Ω Vo = Vi ⋅ = 10 mV ⋅ = 1V ; Hay 100Ω R3 Nhö vaäy ñieän aùp vaøo 10mV ñaõ ñöôïc khueách ñaïi leân thaønh ñieän aùp ra 1V, vaø ñoä lôùn 1V coù theå ñöa vaøo cô caáu ño. Ñoä khueách ñaïi cuûa maïch laø: R3 + R4 AV = R3 –Ví duï: Maïch voân keá khueách ñaïi hoài tieáp nhö hình 2-21 söû duïng ñieän keá töø ñieän coù doøng leäch toaøn thang Ig = 1mA. Ñieän trôû cuûa maïch maùy ño laø RS + Rg = 1KΩ. Haõy xaùc ñònh ñieän aùp ñaàu vaøo khi kim maùy ño chæ 25% ñoä leäch toaøn thang, tính doøng IC3 luùc ñoù. Ta coù khi ñieän keá chæ 25% ñoä leäch toaøn thang coù nghóa laø doøng qua maùy ño luùc naøy baèng: Ig = 25% 1mA = 0,25 mA; Ñieän aùp ra: Vo = Ig (RS+Rm) = 0,25 mA. 1KΩ = 250 mV; Ñieän aùp vaøo: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  2. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 50 - 100Ω R3 Vi = VR 3 = Vo = 250mV . = 2,5mV . R3 + R4 100Ω + 9,9 KΩ Doøng treân collector Q3 seõ laø: V − (−VCC ) Vo +o I C3 = I R4 + I R5 + I g = + Ig R3 + R 4 R5 250 mA 250 mV − (−12V ) + 0,25mA ≈ 1,3mA = + 100 Ω + 9,9 KΩ 12 KΩ 3.5.Voân keá söû duïng maïch khueách ñaïi thuaät toaùn (OP- AMP). 3.5.1. Voân keá duøng maïch khueách ñaïi laëp laïi. Sô ñoà cuûa voân keá treân khueách ñaïi thuaät toaùn maéc theo kieåu laëp laïi ñieän aùp nhö treân hình 2-22. Taàng laëp laïi ñieän aùp duøng OP-AMP coù öu ñieåm laø maïch ñôn giaûn, trôû khaùng loái vaøo raát lôùn, trôû khaùng ra nhoû deã phoái hôïp vôùi maïch ño. Boä suy giaûm Maïch laëp laïi ñieän aùp Maïch maùy ño ñaàu vaøo +Vcc Vi Ra + Rb - -Vcc Rc Rs+Rg R4 Rd Hình 2-22. Voân keá duøng maïch khueách ñaïi thuaät toaùn 3.5.2. .Voân keá khueách ñaïi treân OP-AMP. Ñoái vôùi caùc tín hieäu ñieän aùp nhoû caàn phaûi khueách ñaïi leân möùc caàn thieát tröôùc khi ñöa vaøo maïch ño. Sô ñoà maïch voân keá khueách ñaïi cô baûn nhö hình 2-23. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  3. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 51 - +Vcc IB Vo + Vi - -Vcc Rs+Rg I4 R4 R3 Hình 2-23. Voân keá khueách ñaïi treân OP-AMP Maïch maéc theo kieåu khueách ñaïi khoâng ñaûo. Heä soá khueách ñaïi cuûa maïch phuï thuoâc vaøo tyû soá cuûa maïch phaân aùp treân R3 vaø R4: R4 AV = 1 + (2-17) R3 Doøng qua boä phaân aùp I4 ñöôïc choïn lôùn hôn raát nhieàu so vôùi doøng vaøo IB, do ñoù doøng IB khoâng coù aûnh höôûng lôùn tôùi ñieän aùp hoài tieáp. Ñieän trôû toaøn phaàn R3 +R4 ñöôïc tính nhö sau: R3 + R4 = Vo / I4 (2-18) Vì VR3 = Vi neân: R3 = Vi / I4 (2-19) –Ví duï: Sô ñoà cuûa moät voân keá khueách ñaïi treân OP-AMP nhö hình 2-23. Heä soá khueách ñaïi ñieän aùp cuûa OP-AMP laø AV = 200.000 vaø doøng ñònh thieân vaøo IB = 0,2 µA. Ñieän aùp caàn ño coù giaù trò cöïc ñaïi 20 mV; Cô caáu ño coù doøng leäch toaøn thang laø Ig = 100µA, RS + Rg = 10KΩ. Haõy xaùc ñònh caùc giaù trò thích hôïp cuûa R3 vaø R4 vaø tính ñieän trôû vaøo cuûa voân keá. Töø hình veõ ta coù: Ñieàu kieän ñaët ra laø I4 >> IB, Ta choïn: I4 = 1000 IB = 1000 . 0,2 µA = 0,2 mA Taïi ñoä leäch toaøn thang ño: Ig = 100 µA vaø: Vo = Ig (RS + Rg) = 100µA . 10KΩ = 1V. Ta coù: R3 + R4 = Vo / I4 = 1V / 0,2 mA = 5KΩ R3 = Vi / I4 = 20 mV / 0,2mA = 100Ω; R4 = (R3 + R4 ) – R3 = 5KΩ – 100Ω = 4,9 KΩ; Ñieän trôû vaøo cuûa maïch ño: Ri = Vi / IB = 20mV / 0,2 µA = 100 KΩ. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  4. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 52 - 3.5.3. Voân keá söû duïng maïch bieán ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän. Sô ñoà nguyeân lyù maïch chæ ra treân hình 2-24. +Vcc IB Vo + Vi - Rg -Vcc VR3 IB R3 Hình 2-24. Voân keá söû duïng maïch bieán ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän Vôùi maïch khueách ñaïi khoâng ñaûo, ñieän aùp treân R3 (VR3) luoân bieán ñoåi laëp laïi giaù trò cuûa ñieän aùp vaøo. Nhö vaäy doøng chaïy qua ñieän keá seõ laø: Vi I= (2-20) R3 Neáu bieát doøng leäch toaøn thang cuûa ñieän keá laø Ig thì giaù trò cuûa ñieän trôû R3 seõ ñöôïc tính: R3 = Vi / Ig (2-21) Ñieän trôû R3 thöôøng ñöôïc thieát keá thaønh moät phaàn coá ñònh vaø moät phaàn laø bieán trôû coù theå ñieàu chænh ñöôïc. Vôùi caùch maéc nhö vaäy ta deã daøng chuaån ñoä ñöôïc thang ño cuûa ñoàng hoà. –Ví duï: Cho maïch voân keá söû duïng maïch bieán ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän nhö hình 2-24. Cô caáu ño coù doøng leäch toaøn thang laø Ig = 1mA, Rg = 100 Ω. Haõy tính giaù trò cuûa ñieän trôû R3 sao cho vôùi ñieän aùp vaøo laø Vi =1V thì kim ñieän keá chæ ñoä leäch toaøn thang. Xaùc ñònh ñieän aùp toái ña ôû ñaàu ra cuûa OP-AMP. Ta coù : R3 = Vi / Ig = 1V / 1mA = 1KΩ Vo = I(R3 + Rg ) = 1mA (1 kΩ + 100 Ω) = 1,1 V. 3.6. Ño ñieän aùp xoay chieàu. Do cô caáu töø ñieän chæ ño ñöôïc caùc ñieän aùp moät chieàu. Ñeå duïng cuï coù theå ño ñöôïc ñieän aùp doøng xoay chieàu, ngöôøi ta söû duïng caùc maïch chænh löu nöûa chu kyø hoaëc caû chu kyø treân caùc linh kieän baùn daãn. Ñoái vôùi caùc ñieän aùp xoay chieàu thaáp caàn ñöôïc khueách ñaïi leân tröôùc khi chænh löu vaø ñöa vaøo maïch ño. Tuøy thuoäc vaøo trò soá ñieän aùp caàn ño maø thieát keá maïch taùch soùng töông öùng: – Taùch soùng ñænh (hoaëc bieân ñoä); Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  5. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 53 - Taùch soùng trung bình; – Taùch soùng hieäu duïng. – 3.6.1. Caùc maïch taùch soùng ñænh. Trong maïch taùch soùng ñænh, bieân ñoä cuûa ñieän aùp ra tæ leä vôùi trò soá bieân ñoä ñieän aùp vaøo: Vo = ⎜Vimax ⎜. Coù 3 kieåu taùch soùng ñænh: a)Taùch soùng ñænh ngoõ vaøo diode. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch taùch soùng ñænh ngoõ vaøo diode treân hình 2-25, a. D Vo Vi Vo + C Ri t a) b) Hình 2-25 Khi Vi > VC (theá treân tuï), diode D daãn, tuï C ñöôïc naïp tôùi Vimax. Khi Vi < VC, diode D bò khoùa, tuï C xaû ñieän qua ñieän trôû Ri. Ñieän aùp loái ra bieán ñoåi theo quy luaät: t − Ri C Vo = Vi max .e (2-22) Neáu Ri lôùn thì Vo ≅ Vimax. –Nhaän xeùt. Maïch khaûo saùt maéc phaûi sai soá do theá phaân cöïc thuaän cho diode: VD , ñoàng thôøi phuï thuoäc vaøo ñieän trôû thuaän Rth vaø ñieän trôû nghòch Rng cuûa diode. – Khi Vi > VD, diode môùi daãn. Khi diode daãn thì ñieän trôû thuaän Rth cuûa diode thay ñoåi theo doøng ñoå qua diode, daãn tôùi laøm thay ñoåi thôøi haèng cuûa maïch naïp τn = RthC. – Do toàn taïi ñieän trôû nghòch cuûa diode Rng maéc song song vôùi Ri, neân khi diode ngöng daãn, tuïc C xaû qua ñieän trôû Ri // Rng, daãn ñeán laøm thay ñoåi thôøi haèng cuûa Ri Rng maïch phoùng τ P = .C . Ri + Rng b) Taùch soùng ñænh ngoõ vaøo tuï. (Phöông phaùp maïch ghim ñieän aùp). + Maïch ghim ñænh döông (hình 2-26, a) – ÔÛ baùn kyø döông cuûa ñieän aùp tín hieäu, D thoâng , tuï C ñöôïc naïp tôùi trò ñænh VP. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  6. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 54 - – ÔÛ baùn kyø aâm, diode D khoùa, theá atoát cuûa D baèng theá vaøo hình sin coäng vôùi VP, . keát quaû möùc DC cuûa ñieän aùp ra bò dòch xuoáng döôùi truïc hoaønh moät möùc baèng VP. Neáu maéc loái ra vôùi cô caáu ño, ta seõ ño ñöôïc trò trung bình cuûa ñieän aùp Vo, töùc giaù trò ñænh VP. C + Vo Vi Vo t VP Ri D a) C + Vo Vi Vo VP Ri D t b) Hình 2-26. Phöông phaùp maïch ghim ñieän aùp + Maïch ghim ñænh aâm (hình 2-26, b). Sô ñoà ghim ñænh aâm chæ ra treân hình 2-26, b. Hoaït ñoäng cuûa maïch töông töï nhö ôû sô ñoà ghim ñænh döông. ÔÛ baùn kyø aâm tín hieäu D thoâng , C naïp tôùi trò ñænh VP vôùi cöïc tính nhö hình veõ. ÔÛ baùn kyø döông cuûa tín hieäu, D khoùa, ñieän aùp ra treân taûi Ri baèng theá vaøo hình sin coäng vôùi VP, c) Maïch taùch soùng bieân ñoä duøng OP-AMP. Caùc maïch taùch soùng ñænh (hoaëc bieân ñoä) ôû treân ñeàu maéc phaûi sai soá do theá phaân cöïc thuaän cho diode VD, do vaäy khi ñieän aùp tín hieäu beù gaây meùo phi tuyeán ñaùng keå. Hieän nay trong caùc thieát bò ño ngöôøi ta duøng phoå bieán caùc maïch taùch soùng bieân ñoä treân khueách ñaïi thuaät toaùn (hình 2-27). R2 D1 R1 D2 - V1 Vi V2 + Vo Rt Ct Hình 2-27. Taùch soùng bieân ñoä treân OP-AMP Maïch maéc theo sô ñoà khueách ñaïi ñaûo. ÔÛ nhöõng nöûa chu kyø döông cuûa ñieän aùp tín hieäu Vi, ñieän aùp V2 loái ra OP-AMP seõ aâm, diode D1 môû, D2 khoaù. Loái ra cuûa khueách ñaïi thuaät toaùn noái vôùi loái vaøo qua ñieän trôû thuaän raát nhoû cuûa D1 neân taïo ra hoài Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  7. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 55 - tieáp aâm saâu. Keát quaû ñieän aùp treân loái ra OP-AMP baèng ñieän aùp treân loái vaøo cuûa noù vaø gaàn baèng 0. Ñieän aùp loái ra cuûa maïch taùch soùng cuõng baèng 0. ÔÛ nhöõng nöûa chu kyø aâm cuûa ñieän aùp ñieän aùp Vi, theá loái ra V2 cuûa OP-AMP seõ döông laøm D1 khoùa vaø D2 môû. Luùc naøy ñieän aùp treân loái ra cuûa maïch taùch soùng seõ xaùc ñònh theo heä thöùc: R2 Vo = V2 = − Vi ⋅ (2-23) R1 3.6.2. Voân keá taùch soùng trung bình. Ñeå ño trò trung bình cuûa ñieän aùp tín hieäu, ngöôøi ta söû duïng maïch taùch soùng trung bình. Ñieän aùp loái ra tính theo coâng thöùc: T 1 ∫ v(t ) dt Vtb = (2-24) T 0 Caùc phaàn töû taùch soùng laø diode Ge hoaëc Si laøm vieäc treân ñoaïn thaúng cuûa ñaëc tuyeán, do vaäy tín hieäu ñöa vaøo phaûi ñuû lôùn. Sô ñoà maïch cuûa moät voân keá chænh löu trung bình ñöôïc chæ ra treân hình 2-28. ÔÛ ñaàu vaøo laø tuï gheùp C1 ñeå ngaên caùc thaønh phaàn moät chieàu khoâng mong muoán. Tín hieäu ñöôïc ñöa qua maïch suy giaûm loái vaøo, sau ñoù qua taàng khueách ñaïi laëp laïi treân OP- AMP ñeå taêng trôû khaùng loái vaøo cuûa maïch. Ñieän aùp loái ra cuûa maïch laëp aùp ñöôïc ñöa qua maïch chænh löu tröôùc khi ñöa tôùi maïch maùy ño. Vì caùc giaù trò: trò ñænh Vp, trò hieäu duïng V, trò trung bình Vtb ñeàu coù moái lieân heä vôùi nhau, neân coù theå khaéc ñoä ñoàng hoà theo moät trong 3 ñaïi löôïng: V P = 2V ; (2-25) 1 V= VP ; (2-26) 2 π 2V 1 Vtb = ∫ V P sin θdθ = P ≈ 0,6V P (2 -27) π π 0 Maïch KÑ laëp Tuï gheùp Maïch suy giaûm Chænh löu Maïch maùy ño +Vcc C1 Vo + Vi R1 - Rs -Vcc R2 Rg R3 Hình 2-28. Voân keá taùch soùng trung bình æ Caùc quan heä treân khoâng thay ñoåi ñoái vôùi moïi taàn soá daïng soùng sin. Vôùi caùc ñieän aùp khaùc daïng sin phaûi tieán haønh hieäu chænh. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  8. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 56 - Ñoái vôùi maïch chænh löu nöûa soùng nhö hình 2-28 thì suït aùp thuaän treân diode VD seõ gaây ra sai soá cho maïch ño. Khi thieát keá thöôøng coù tính ñeán ñoái vôùi ñoä leäch toaøn thang. Tuy nhieân, ôû caùc ñieåm khaùc treân thang ño seõ xuaát hieän sai soá do VD gaây ra, maët khaùc giaù trò cuûa VD khoâng phaûi luoân luoân baèng 0,7V ñoái vôùi diode Si nhö thöôøng giaû ñònh, maø noù thay ñoåi theo nhieät ñoä. Ñeå loaïi boû sai soá do ñieän aùp ngöôõng VD gaây ra nguôøi ta maéc diode chænh löu trong voøng hoài tieáp cuûa maïch laëp aùp nhö hình 2-29. Keát quaû ñaàu ra boä chænh löu nöûa soùng laëp laïi chính xaùc nöûa chu kyø döông cuûa ñieän aùp vaøo. Caùc tuï ñieän C2, C3 vaø C4 maéc song song vôùi caùc ñieän trôû cuûa boä suy giaûm nhaèm muïc ñích buø tröø ñieän dung vaøo cuûa boä khueách ñaïi ñoái vôùi ñieän aùp xoay chieàu. +Vcc C1 Vo + Vi R1 - C2 Rs -Vcc C3 R2 Rg Chænh löu chính xaùc C4 R3 Hình 2-29. Voân keá söû duïng maïch chænh löu chính xaùc Ñoái vôùi caùc ñieän aùp xoay chieàu nhoû caàn ñöôïc khueách ñaïi chính xaùc tröôùc khi chænh löu vaø ñöa vaøo maïch ño. Maïch khueách ñaïi chænh löu nöûa soùng chính xaùc nhö hình 2-30. Heä soá khueách ñaïi cuûa maïch phuï thuoäc töông quan giöõa caùc ñieän trôû cuûa caàu phaân aùp R2, R3: R 2 + R3 AV = (2-28) R3 +Vcc C1 D1 Vo + Vi - R2 R1 Rs -Vcc Rg Khueách ñaïi chænh löu R3 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  9. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 57 - Hình 2-30. Voân keá xoay chieàu ño caùc tín hieäu nhoû Vieäc tính toaùn caùc ñieän trôû phuï noái tieáp vôùi cô caáu ño cuõng hoaøn toaøn töông töï nhö caùc tính toaùn ñoái vôùi caùc voân keá töø ñieän. Tuy nhieân trong tröôøng hôïp naøy, ñieän aùp toái ña ñaët vaøo ñieän keá vaø ñieän trôû noái tieáp vôùi noù laø AVVi. Treân hình 2-31 laø maïch bieán ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän vôùi boä chænh löu nuûa soùng. Hoaït ñoäng cuûa maïch töông töï nhö maïch hình 2-24 ñoái vôùi nhöõng nöûa chu kyø döông cuûa ñieän aùp tín hieäu. Trong caùc nöûa chu kyø aâm, diode bò thieân aùp ngöôïc neân khoùa vaø khoâng coù doøng qua maùy ño. Doøng cöïc ñaïi qua maùy ño laø: ViP Im = (2-29) RS Doøng trung bình qua maùy ño laø : Itb = 1/2 (0,637 Im) (2-30) +V C1 D1 Rg Doøng qua maùy ño + Vi - R1 -V Rs Hình 2-31. Maïch bieán ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän vôùi chænh löu nöûa soùng Ñeå giaûm toån hao nguoàn vaø taêng ñoä nhaïy cuûa maïch ño thöôøng söû duïng maïch chænh löu toaøn soùng nhö hình 2-32. Luùc naøy, doøng cöïc ñaïi cuûa maùy ño vaãn tính theo coâng thöùc (2-29), tuy nhieân doøng trung bình qua maùy ño seõ taêng gaáp ñoâi, töùc laø: Itb = 0,637 Im (2-31) Rg +V C1 + + Vi - R1 - Doøng qua maùy ño -V Rs Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  10. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 58 - Hình 2-32. Boä ñoåi ñieän aùp thaønh doøng ñieän vôùi boä chænh löu toaøn soùng chính xaùc. 3.6.3. Voân keá taùch soùng hieäu duïng. Ñeå ño trò hieäu duïng cuûa ñieän aùp tín hieäu, söû duïng caùc maïch taùch soùng hieäu duïng. Ta coù, trò hieäu duïng cuûa ñieän aùp tính theo coâng thöùc: T 12 T∫ U= (2-32) u (t )dt 0 Maïch phaûi thöïc hieän 3 chöùc naêng: bình phöông, laáy trung bình vaø khai caên. Muoán vaäy phaûi coù caùc phaàn töû sau: – Phaàn töû taùch soùng coù ñaëc tuyeán baäc 2 ñeå laøm thuaät toaùn bình phöông; – Phaàn töû loïc ñeå laáy trò trung bình; – Phaàn töû thöïc hieän pheùp khai caên. Noùi chung, phöông trình bieåu thò daïng ñaëc tuyeán cuûa phaàn töû taùch soùng coù daïng: I = αu + βu2., (2-33) Neáu ñieän aùp ño laø ñieän aùp bieán ñoåi coù chu kyø nhöng coù daïng phöùc taïp: ∞ u k = ∑ U mk sin kωt , thì doøng taùch soùng ñöôïc xaùc ñònh qua ñaëc tuyeán Voân-ampe laø: k =1 i = α (Um1sinωt + Um2 sin 2ωt + ... ) + β (Um1 sin ωt + Um2 sin 2ωt + ... )2; Thöïc hieän caùc bieán ñoåi löôïng giaùc caàn thieát, ta coù theå taùch rieâng thaønh phaàn moät chieàu. Ñeå ño doøng naøy ta maéc moät µA song song vôùi moät tuï ñieän. Doøng naøy baèng: 1∞2 I o = β ∑ U ak (2-34) 2 k =1 ∑ U k2 = U 2 . Ta coù: Neáu thay U mk = U k 2 & I o = βU 2 (2-35) Nhö vaäy, doøng taùch soùng tæ leä vôùi bình phöông trò hieäu duïng cuûa ñieän aùp ño, noù khoâng phuï thuoäc vaøo daïng ñieän aùp, do vaäy voân meùt loaïi naøy coù theå ño ñöôïc caùc daïng ñieän aùp khaùc nhau. Coù nhieàu phöông phaùp taùch soùng hieäu duïng khaùc nhau: – Duøng hieäu öùng Hall; – Duøng maïch taïo haøm baäc 2 treân caùc maét diode. a.Maïch taïo haøm baäc 2. Treân hình 2-33 laø sô ñoà nguyeân lyù cuûa maïch taïo haøm baäc 2 nhôø caùc maét ñieän trôû – diode. Moãi maét ñöôïc caáu taïo töø moät diode vaø moät boä phaân aùp baèng ñieän trôû (hình 2-33, b). Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  11. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 59 - Do + R3c R1c R2c D2 D3 D1 Ro ux io U1 U2 U3 C Do R1 R2 R3 - i i3 i1 i2 a) i1 R1c D1 + i1 u x(t) U1 R1 - ux U1 b) c) Hình 2-33. Ma ch taùch soùng hieäu du ng duøng caùc maét ñieän Ñeå ñôn giaûn, ta giaû söû diode coù ñieän trôû thuaän Rth = 0, vaø ñieän trôû nghòch laø Rng =∞. Nhö vaäy seõ khoâng coù doøng qua diode khi ñieän aùp ñaët leân noù nhoû hôn ñieän aùp khoaù cuûa diode (hình 2-33, c). Caùc maét diode ñöôïc maéc noái tieáp vôùi nhau baèng caùc maïch phaân aùp. Caùc ñieän trôû ñöôïc boá trí sao cho trò soá ñieän aùp khoùa cuûa diode sau lôùn hôn trò soá ñieän aùp khoùa cuûa diode ñöùng tröôùc noù: U1 < U2 < U3 < ...; Hoaït ñoäng cuûa maïch nhö sau: Khi ñieän aùp vaøo Ux(t) < U1, caùc diode D1, D2 vaø D3 bò khoùa. Doøng ñieän qua maïch R0 vaø ñoàng hoà ño laø i0. Khi U1 < Ux(t) < U2 , diode D1 môû, caùc diode D2 vaø D3 khoùa. Doøng qua ñoàng hoà ño laø i0 + i1. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  12. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 60 - Khi U2 < Ux(t) < U3 , caùc diode D1, i0 D2 môû, D3 khoùa. Doøng qua maïch ñoàng hoà Ux laø baây giôø laø i0 + i1 + i2. i1 Khi U3 < Ux(t) , caùc diode D1, D2 vaø U1 i2 Ux D3 ñeàu daãn. Doøng toång coäng qua maïch ñoàng hoà seõ laø i0 + i1 + i2 + i3. U2 i3 Ux Keát quaû ñaëc tính voân – ampe cuûa maïch bieán ñoåi seõ coù daïng gaàn ñuùng nhö U3 Ux moät nöûa parabol (hình 2-34). i0 + i1+ i2 + i3 Neáu soá maét ñieän trôû - diode caøng i∑ nhieàu thì ñaëc tuyeán cuûa maïch caøng gaàn i0 + i1+ i2 ñuùng baäc hai. i0 + i1 Caùc voân meùt ñieän töû coù maïch taùch soùng duøng ñaëc tuyeán baäc hai treân cô sôû i0 caùc maét diode – ñieän trôû nhö ñaõ trình baøy Ux laø B3-6, B3-18. Hình 2-34. Ñaëc tính voân-ampe cuûa maïch taïo haøm baäc hai treân caùc maét diode b.Maïch laáy trò trung bình. Söû duïng maïch loïc RC ñôn giaûn (hình 2-35, a) hoaëc duøng keát hôïp maïch khueách ñaïi thuaät toaùn (hình 2-35, b). R2 C Vi R1 R Vo Vo Vi - + C a) b) Hình 2-35 Ñoái vôùi sô ñoà hình 2-35, a ta coù: 1 jωC Vo 1 = = (2-36) 1 + jωRC 1 Vi R+ jωC Ñoái vôùi sô ñoà hình 2-35, b: 1 R2 // jωC Vo R2 1 =- =- ⋅ (2-37) R1 1 + JωCR2 Vi R1 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  13. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 61 - c) Maïch khai caên. Maéc moät maïch nhaân trong voøng hoài tieáp cuûa moät maïch khueách ñaïi ta seõ ñöôïc ñieän aùp loái ra laø caên baäc 2 cuûa ñieän aùp loái vaøo (hình 2-36). R R Vi R Vo - Vo - Vi R + + a) b) Hình 2-36. Maïch khai caên Vi Vi = − AVo ⇒ Vo = − Ñoái vôùi hình 2-36, a ta coù: (2-38) A Ñoái vôùi sô ñoà hình 2-36, b thì: Vi Vi = AVo ⇒ Vo = (2-39) A § 4. ÑO ÑIEÄN AÙP BAÈNG CAÙC VOÂN MEÙT SOÁ 4.1. Khaùi nieäm chung. Trong caùc voân meùt hieän soá, keát quaû ño ñöôïc chæ thò baèng soá treân maët cuûa ñoàng hoà ño baèng moät trong caùc boä chæ thò ñaõ noùi ñeán trong chöông 1. Sô ñoà caáu truùc cuûa moät voân meùt soá nhö hình 2-37. ux ADC Ñeám Giaûi Thieát bò vaøo õ Chæ thò Ñieàu khieån Hình 2-37. Sô ñoà caáu truùc cuûa moät voân Thieát bò vaøo chöùa boä suy giaûm, boä chuyeån maïch choïn thang ño, choïn daïng ñieän aùp ño: DC hay AC. Neáu laø thang ño ñieän aùp xoay chieàu thì maïch chöùa caû phaàn taùch soùng. ADC (Analog to Digital Converter) – Khoái chöùc naêng thöïc hieän bieán ñoåi ñieän aùp töông töï loái vaøo sang daïng soá. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  14. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 62 - Ñieän aùp loái ra ADC laø daïng maõ soá ñöôïc ñöa vaøo boä ñeám, keát quaû ñeám seõ ñöôïc ñöa qua khoái giaûi maõ vaø ñöa ra chæ thò. Hoaït ñoäng cuûa caùc khoái chöùc naêng ñöôïc ñieàu khieån nhôø khoái ñieàu khieån chung. Phaàn chöùc naêng quan troïng nhaát cuûa voân keá soá laø khoái bieán ñoåi ADC. Coù nhieàu phöông phaùp thöïc hieän chöùc naêng treân, tuy nhieân trong caùc voân keá thöôøng söû duïng caùc phöông phaùp sau: – Phöông phaùp bieán ñoåi ñieän aùp sang taàn soá (V/F); – Phöông phaùp bieán ñoåi ñieän aùp sang khoaûng thôøi gian (V/T); – Phöông phaùp xaáp xæ gaàn ñuùng lieân tieáp. 4.2. Phöông phaùp bieán ñoåi ñieän aùp sang taàn soá. 4.2.1. Nguyeân taéc. Ñieän aùp caàn ño ñöôïc bieán ñoåi sang taàn soá theo quan heä baäc nhaát (2-40 f = αVi Sau ñoù ño trò trung bình cuûa taàn soá trong moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh T 1 ∫ fdt = αVo f tb = (2-41) T 0 4.2.2. Sô ñoà nguyeân lyù Sô ñoà nguyeân lyù cuûa moät voân keá soá thöïc hieän theo nguyeân taéc bieán ñoåi V/F chæ ra treân hình 2-38. Vi V/F Ñeám Choát G. maõ ÑIEÀU KHIEÅN Ch. thò xoùa Ñeám Hình 2-38. Ñieän aùp caàn ño Vi ñöôïc bieán ñoåi sang taàn soá fx, sau ñoù fx ñöôïc ño baèng caùch ñeám soá xung trong moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh. Xung ñi vaøo boä ñeám ñöôïc ñieàu khieån bôûi söï ñoùng môû cuûa cöûa choïn xung AND. Cöûa AND chæ cho xung nhòp qua trong khoaûng thôøi gian toàn taïi cuûa xung ñieàu khieån. Giaû söû ñoä roäng xung ñieàu khieån laø τ; chu kyø cuûa xung clock laø Tx; Soá xung ñi vaøo boä ñeám trong khoaûng thôøi gian môû cöûa laø N. Nhö vaäy ta coù: N Tx = τ , hay Tx = τ / N ⇒ fx = N/ τ. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  15. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 63 - Neáu choïn τ = 1s thì fx = N. Soá ñeám ñöôïc ñöa qua maïch choát sau ñoù ñöa qua maïch giaûi maõ vaø chæ thò. Heát thôøi gian môû cöûa, boä ñieàu khieån phaùt xung xoùa keát quaû ôû boä ñeám, vaø boä ñeám laïi chuaån bò chu kyø môùi. 4.2.3. Boä bieán ñoåi ñieän aùp sang taàn soá (V/F) . Ñieän aùp caàn ño ñöôïc bieán ñoåi thaønh moät daõy xung coù chu kyø laëp laïi tæ leä vôùi ñieän aùp ño. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa boä bieán ñoåi ñieän aùp sang taàn soá (V/F) nhö hình 2-39 C Vi R R - V2 V3 U1 - U2 ÑO V1 + + Io SW Hình 2-39. Maïch bieán ñoåi V/F Hoaït ñoäng cuûa maïch nhö sau: Giaû söû theá loái vaøo Vi >0, Theá loái ra maïch tích phaân treân U1 seõ laø: t Vt 1 RC ∫ V1 = − Vi dt = − i (2-41) RC 0 V1 < 0, theá ñi xuoáng, khi ñi qua 0 maïch so saùnh treân U2 phaùt hieän laät traïng thaùi töø 0 leân 1 kích maïch ñôn oån phaùt xung ñoä roäng t0. Xung naøy ñoùng cöûa nguoàn doøng Io. Nguoàn doøng ñöôïc thieát keá vôùi ñieàu kieän I0 > Vi / R. Luùc naøy theá loái ra maïch tích phaân seõ laø: I 0t Vt V1 = − i >0 (2-42) C C V1 >0, Theá loái ra maïch tích phaân seõ ñi leân trong khoaûng thôøi gian t0. Heát thôøi gian t0, nguoàn doøng bò caét (chuyeån maïch SW bò hôû maïch ), vaø theá loái ra maïch tích phaân laïi ñi xuoáng trong khoaûng thôøi gian t1. Khi qua 0 maïch so saùnh laïi laät traïng thaùi vaø kích maïch ñôn oån phaùt xung ñoùng cöûa nguoàn doøng, tieáp tuïc chu kyø tieáp theo. Nhö vaäy ta coù: I 0t0 Vt Vt − i0 = i1 C RC RC Vi (t1 + t0 ) I 0t 0 = ; ⇒ ViTx = I 0t 0 R RC C Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  16. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 64 - I 0t0 R 1 V i = αV i Tx = ; hay f x = (2-43) Vi I 0t0 R Giaûn ñoà thôøi gian moâ taû cheá ñoä coâng taùc cuûa maïch nhö hình 2-40 V1 t1 t0 t1 V2 Tx V3 t0 t1 Hình 2-40 –Nhaän xeùt: Sô ñoà vöøa khaûo saùt chæ ño ñöôïc ñieän aùp moät daáu (+) hoaëc (–). Ñeå ño ñöôïc ñieän aùp hai daáu ta phaûi maéc theâm maïch laáy trò tuyeät ñoái ñeå cho ra ñieän aùp döông, ñoàng thôøi ñöa qua maïch so saùnh ñeå chæ thò daáu (+) hoaëc (–). Sô ñoà caáu truùc cuûa maùy ño ñieän aùp hai daáu nhö hình 2-41. Vi K.ñaïi Laáy Ñeám V/F + G. maõ - SS - + Ch. thò Hình 2-41. Caùc linh kieän söû duïng cho sô ñoà coù theå duøng: Maïch ñeám: duøng IC 7490 – ñeám thaäp phaân khoâng ñoàng boä; – Maïch choát: duøng IC 7475 – 4 choát loaïi D; – Maïch giaûi maõ: duøng IC 7446, 7447 – giaûi maõ töø BCD – 7 ñoaïn; – IC 7441, 7442 – giaûi maõ töø BCD – tích phaân laùi ñeøn NIXIE. 4.2.4. Phaân tích khaû naêng choáng nhieãu cuûa sô ñoà. Maïch bieán ñoåi V/F coù khaû naêng choáng nhieãu toát ñoái vôùi nhieãu coù chu kyø. Khaû naêng choáng nhieãu cuûa sô ñoà ñöôïc xaùc ñònh töø bieåu thöùc ñònh nghóa: Tín hieäu S Q= (2-44) Nhieãu N Giaû söû ñieän aùp moät chieàu caàn ño V0 bò can nhieãu coù chu kyø: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2428 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
6=>0