intTypePromotion=3

Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 7

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

0
91
lượt xem
28
download

Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 7

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với dao động ký đa kênh kiểu dùng chuyển mạch điện tử, hoạt động của bộ tạo quét có thể thực hiện theo một trong hai chế độ hoặc là quét kiểu luân phiên hoặc là quét theo kiểu ngắt quảng (chop mode switching). Trên hình 3-10 minh họa nguyên tắc hoạt động của kiểu quét luân phiên, trong đó: VA – dạng sóng sin đưa vào kênh A, chu kỳ T; VB – Dạng sóng tam giác đưa vào kênh B.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giáo trinh : KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ part 7

  1. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 97 - Vôùi dao ñoäng kyù ña keânh kieåu duøng chuyeån maïch ñieän töû, hoaït ñoäng cuûa boä taïo queùt coù theå thöïc hieän theo moät trong hai cheá ñoä hoaëc laø queùt kieåu luaân phieân hoaëc laø queùt theo kieåu ngaét quaûng (chop mode switching). Treân hình 3-10 minh hoïa nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa kieåu queùt luaân phieân, trong ñoù: VA – daïng soùng sin ñöa vaøo keânh A, chu kyø T; VB – Daïng soùng tam giaùc ñöa vaøo keânh B. Caû 2 soùng ñöôïc ñoàng boä hoùa vaø ñöôïc dòch möùc DC. Ñieän aùp ñöa vaøo keânh A laø VA ñöôïc dòch leân treân möùc ñaát, coøn ñieän aùp VB dòch xuoáng döôùi möùc ñaát (hình 3-10,a). Boä chuyeån maïch cho theá VA töø keânh A vaøo khueách ñaïi ñöùng trong khoaûng thôøi gian töø 0 ÷ t1, vaø cho theá VB töø keânh B vaøo khueách ñaïi ñöùng trong khoaûng thôøi gian töø t1 ÷ t2 (hình 3-10,c). Taàn soá laëp laïi cuûa chuyeån maïch ñuû lôùn cho pheùp caùc daïng soùng coù veû hieän moät caùch ñoàng thôøi treân maøn hình (hình 3-10,d). VA VA a) VB VB Ñieän aùp queùt Ñieän aùp b) chuyeån maïch t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 Ñieän aùp vaøo khueách ñaïi khueách Y c) Daïng soùng hieän vôùi tín hieäu cao taàn Daïng soùng hieän treân maøn hình d) Hình 3-10. Kieåu queùt luaân phieân Hình 3-11. Kieåu queùt ngaét quaûng Trong cheá ñoä queùt kieåu ngaét quaûng thì hoaït ñoäng cuûa maïch ñöôïc minh hoïa treân hình 3-11. Trong thôøi gian t1 boä chuyeån maïch cho tín hieäu keânh A ñöa vaøo keânh khueách ñaïi ñöùng, trong thôøi gian t2 cho tín hieäu keânh B, sau ñoù tieáp tuïc tín hieäu keânh A vaøo trong thôøi gian t3 vaø tín hieäu keânh B vaøo trong thôøi gian t4 , v.v… Cöù nhö theá daïng soùng vaøo ñöôïc löôïng töû hoùa theo taàn soá cuûa ñieän aùp chuyeån maïch, vaø hình daïng soùng ñoái vôùi caùc tín hieäu cao taàn coù daïng nhö chæ ra treân hình 3-11. Ñoái vôùi caùc tín hieäu taàn thaáp veát giaùn ñoaïn laø khoâng nhìn thaáy. Nhö vaäy, cheá ñoä queùt luaân phieân thích hôïp ñoái vôùi caùc tín hieäu cao taàn, coøn kieåu ngaét quaûng toát ñoái vôùi caùc tín hieäu taàn thaáp. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  2. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 98 - § 6. ÑAÀU DOØ CUÛA DAO ÑOÄNG KYÙ 6.1. Ñaàu doø 1:1. Khaùc vôùi caùc maùy ño thoâng thöôøng, caùc ñaàu ño cuûa dao ñoäng kyù ñieän töû laøm baèng caùp ñoàng truïc noái vôùi ñaàu doø (probe). Moãi probe coù 2 ñaàu noái: ñaàu vaøo vaø ñaàu tieáp ñaát. Ñaàu tieáp ñaát noái vôùi maøn chaén cuûa caùp, coøn ñaàu vaøo noái vôùi loõi cuûa caùp ñoàng truïc duøng ñeå ñaãn tín hieäu caàn ño (hình 3-12). Hình 3-12. Ñaàu doøø(probe) 1:1 cuûa dao ñoäng kyù ñieän töû. Kieåu ñaàu doø naøy ñöôïc goïi laø ñaàu doø 1:1. Maïch ñieän töông ñöông cuûa ñaàu doø khi noái vôùi nguoàn tín hieäu nhö treân hình 3-13. Caùp ñoàng truïc coù moät ñieän dung töông ñöông Ccc maø giaù trò cuûa noù côõ haøng traêm picoâFara. Trôû khaùng vaøo cuûa maùy hieän soùng thöôøng laø 1MΩ maéc song song vôùi moät ñieän dung côõ 30pF. Trôû khaùng toaøn phaàn do caùp ñoàng truïc vaø ñaàu vaøo cuûa maùy hieän soùng phaûi ñaûm baûo luoân luoân lôùn hôn nhieàu so vôùi trôû khaùng cuûa nguoàn tín hieäu. Neáu ñieàu kieän treân khoâng thoûa maõn tín hieäu seõ bò suy giaûm vaø pha seõ bò dòch chuyeån khi noái vôùi maùy hieän soùng. Hình 3-13. Maïch töông ñöông cuûa ñaàu doø khi noái vôùi nguoàn tín hieäu ÔÛ nhöõng taàn soá maø dung khaùng cuûa caùc tuï (Ccc + Ci) lôùn hôn nhieàu so vôùi caùc ñieän trôû thuaàn Rs vaø Ri thì aûnh höôûng cuûa ñieän dung khoâng ñaùng keå. Ñieän aùp loái vaøo maùy hieän soùng laø: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  3. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 99 - Ri Vi = Vs (3-3) Rs + R i Vôùi söï taêng cuûa taàn soá tín hieäu, dung khaùng seõ nhoû daàn vaø tín hieäu vaøo seõ bò suy giaûm ñaùng keå khi truyeàn qua probe. ÔÛ taàn soá maø dung khaùng baèng Rs tín hieäu seõ bò suy giaûm 3dB vaø bò dòch pha 45o. 6.2. Ñaàu doø suy giaûm. Ñaàu doø suy giaûm duøng ñeå giaûm möùc tín hieäu vaøo theo moät heä soá nhaát ñònh, thöôøng laø tyû leä 10:1. Sô ñoà maïch noái ñaàu doø suy giaûm 10:1 vôùi nguoàn tín hieäu, sô ñoà töông ñöông vaø caáu taïo cuûa probe chæ ra treân hình 3-14. a) Rs R1 C1 C 2 = Ci + Ccc Vs Vi Ri C2 c) b) 3-14. Maïch ñaàu doø suy giaûm 10:1 cuûa maùy hieän soùng. a) Sô ñoà noái ñaàu doø vôùi nguoàn tín hieäu, b) Sô ñoà töông ñöông, ÔÛ daûi taàn thaáp vaø trung bình, aûnh höôûng cuûa caùc ñieän dung laø nhoû, neân khoâng gaây aûnh höôûng nhieàu ñeán vieäc truyeàn daãn tín hieäu. Ñieän aùp vaøo maùy hieän soùng laø: Ri Vi = Vs (3-4) R1 + Rs + Ri Khi Rs
  4. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 100 - V 1MΩ =s Vi = Vs 9 MΩ + 1MΩ 10 Ñoä suy giaûm tín hieäu do aûnh höôûng cuûa caùc tuï ñieän ñoäc laäp coù theå xaùc ñònh nhö sau: 1 / ωC 2 XC2 1 Vi = VS = VS = VS ; 1 / ω C1 + 1 / ω C 2 (C 2 / C1 ) + 1 X C1 + X C 2 C1 Vi = VS . (3-6) C1 + C 2 Trong ñoù C2 laø ñieän dung töông ñöông cuûa caùp ñoàng truïc Ccc vaø ñieän dung vaøo cuûa maùy hieän soùng Ci. Khi maïch tuï laøm suy giaûm tín hieäu theo cuøng tyû leä nhö maïch ñieän trôû thì töø (3-5) vaø (3-6) ta coù: Ri C1 = (3-7) R1 + Ri C1 + C 2 Neáu veõ giaûn ñoà pha coù theå thaáy roõ ñieän aùp treân tuï C2 vaø Ri laø cuøng pha vaø baèng nhau veà maët bieân ñoä. Nhö vaäy tuï C1 buø tröø hoaøn toaøn söï coù maët cuûa tuï C2. Noùi caùch khaùc, söï suy giaûm do aûnh höôûng cuûa tuï C2 ñöôïc buø tröø nhôø ñieän dung C1. Giaù trò cuûa tuï C1 ñöôïc tính theo heä thöùc: Ri C1 = C 2 (3-8) R1 Treân hình 3-14,c laø caáu taïo ñieån hình cuûa moät ñaàu doø suy giaûm. C1 laø ñieän dung giöõa caùc oáng truï kim loaïi ñoàng taâm maéc song song vôùi R1. Moät kieåu ñaàu doø suy giaûm 10:1 khaùc vaø maïch töông ñöông cuûa noù veõ treân hình 3-15. Trong tröôøng hôïp naøy, C1 laø tuï coá ñònh, coøn tuï bieán ñoåi phuï C3 maéc song song vôùi Ci vaø Ccc. Hình 3-15. Ñaàu doø 10:1 – sô ñoà maïch vaø ñaàu vaøo cuûa maùy hieän soùng 6.3. Ñaàu doø chuû ñoäng (Active probe). Ñaàu doø chuû ñoäng chöùa caùc boä khueách ñaïi ñieän töû nhaèm taêng trôû khaùng loái vaøo vaø giaûm thieåu ñieän dung vaøo. Trong caùc ñaàu doø chuû ñoäng hieän ñaïi söû duïng caùc taàng vaøo FET, hoaëc khueách ñaïi thuaät toaùn ñaàu vaøo FET ñöôïc maéc theo kieåu laëp aùp. Trôû khaùng vaøo thoâng thöôøng töø 1MΩ ÷ 10MΩ //3,5pF. Phaûi coù nguoàn nuoâi cho boä khueách ñaïi hoaït ñoäng. Nguoàn nuoâi naøy coù theå laáy töø maùy hieän soùng hoaëc taïo boä nguoàn rieâng. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  5. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 101 - § 7. DAO DOÄNG KYÙ COÙ NHÔÙ 7.1. Dao ñoäng kyù coù nhôù daïng töông töï. Trong thöïc teá kyõ thuaät coù nhöõng tröôøng hôïp caàn phaûi nghieân cöùu nhöõng tín hieäu khoâng laëp laïi, nhöõng bieán coá ñôn. Ñeå coù theå löu giöõ ñöôïc daïng tín hieäu ngöôøi ta söû duïng caùc dao ñoäng kyù coù nhôù daïng töông töï. Ta bieát raèng ñoái vôùi caùc dao ñoäng kyù thoâng thöôøng, söï phaùt saùng huyønh quang treân maøn hình xaûy ra khi ñöôïc chuøm tia ñieän töû coù naêng löôïng ñuû lôùn ñaäp vaøo. Thôøi gian phaùt saùng chæ côõ miligiaây vaø noù phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa chaát huyønh quang vaø ñöôïc ñaëc tröng baèng ñoä dö huy cuûa chaát ñoù. Trong caùc dao ñoäng kyù coù nhôù. CRT ñöôïc cheá taïo ñaëc bieät cho pheùp hình aûnh treân maøn huyønh quang coù theå löu saùng haøng giôø hoaëc laâu hôn. Treân hình 3-16 minh hoïa caáu truùc cuûa CRT loaïi nhôù töông töï kieåu löu saùng hai traïng thaùi oån ñònh. OÁng chuaån tröïc Write gun Flood gun Bia Ñeá bia (ZnO2) Hình 3-16. CRT nhôù töông töï kieåu löu saùng hai traïng thaùi oån ñònh Thuaät ngöõ hai traïng thaùi oån ñònh duøng cho caùc CRT coù theå hoaït ñoäng ôû moät trong 2 traïng thaùi coù nhôù vaø khoâng coù nhôù. Ngoaøi caùc boä phaän thoâng thöôøng nhö trong caùc CRT cuûa caùc dao ñoäng kyù khaùc (suùng ñieän töû write gun – suùng vieát, vaø caùc heä thoáng laùi tia), trong oáng CRT cuûa dao ñoäng kyù löu tröõ coøn coù theâm caùc boä phaän: 7.1.1. Heä thoáng suùng töôùi hay suùng phun (flood gun) ñaët phía sau taám laùi tia leäch ñöùng. Nhieäm vuï cuûa suùng töôùi laø taïo ra caùc electron coù naêng löôïng thaáp töôùi ñeàu khaép maøn hình. Do caùc electron coù naêng löôïng thaáp neân khoâng ñuû gaây phaùt saùng huyønh quang. 7.1.2. Maøn löu tröõ. Ñöôïc caáu taïo töø moät lôùp moûng oâxyùt keõm (ZnO2) treân phuû chaát huyønh quang. Lôùp oxyùt keõm goïi laø ñeá bia, maøn huyønh quang goïi laø bia. Hoaït ñoäng cuûa CRT loaïi löu saùng nhö sau: Khi chuøm tia ñieän töû töø suùng vieát coù naêng löôïng cao baén tôùi maøn huyønh quang (bia), maøn seõ phaùt saùng taïi nhöõng ñieåm bò electron ñaäp vaøo. Ñoàng thôøi vôùi vieäc phaùt quang seõ xaûy ra söï phaùt xaï caùc electron thöù caáp. Maøn (bia) taïi nhöõng choã bò kích hoaït Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  6. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 102 - do maát electron neân tích ñieän döông. Noùi caùch khaùc moät ñöôøng tích ñieän döông coù daïng cuûa tín hieäu vaøo seõ ñöôïc vaïch ra treân maøn huyønh quang. Chuøm tia ñieän töû töø suùng phun phaùt ra seõ ñöôïc huùt veà phía ñöôøng tích ñieän döông treân bia vaø chaïy veà ñeá bia coù theá döông hôn. Khi ñi qua lôùp nhôù huyønh quang chuùng laøm cho phoát pho tieáp tuïc phaùt saùng. Nhö vaäy maëc duø tín hieäu vaøo ñaõ taét, nhöng treân maøn hình ta vaãn giöõ ñöôïc daïng soùng cuûa noù. 7.2. Dao ñoäng kyù coù nhôù daïng soá Sô ñoà khoái cuûa dao ñoäng kyù soá ñöôïc chæ ra treân hình 3-17. Hoaït ñoäng cuûa maùy nhö sau: Ñieän aùp tín hieäu caàn nghieân cöùu sau khi qua maïch loái vaøo seõ ñöôïc laáy maãu vaø ñöôïc bieán ñoåi sang daïng soá nhôø khoái bieán ñoåi ADC (Analog to Digital Converter). Maõ soá loái ra cuûa ADC ñöôïc löu tröõ trong boä nhôù RAM vôùi ñòa chæ xaùc ñònh bôûi boä ñeám. Khi muoán ñöa döõ lieäu ra maøn hình, boä ñieàu khieån ñoïc ñòa chæ boä ñeám seõ goïi ñòa chæ trong RAM ñöa soá lieäu qua maïch bieán ñoåi soá töông töï DAC (Digital to Analog Converter). Tín hieäu töông töï loái ra cuûa DAC seõ qua maïch khueách ñaïi Y ñeå ñöa vaøo keânh leäch ñöùng YY cuûa CRT, ñoàng thôøi boä ñieàu khieån khôûi phaùt boä taïo goác thôøi gian ñeå taïo soùng queùt ñöa vaøo keânh leäch ngang XX. Treân maøn hình ta seõ quan saùt ñöôïc daïng soùng ñaõ löu tröõ. KÑ RAM Laáy maãu ADC DAC keânh Y Y Vaøo Y Vaøo ÑEÁM X keânh Y X CONTROL Y HV Goác KÑ thôøi gian keânh X Hình 3-17. Dao ñoäng kyù löu tröõ daïng soá Dao ñoäng kyù cuõng hoaït ñoäng ôû 2 cheá ñoä nhôù vaø khoâng nhôù. Tröôøng hôïp khoâng nhôù tín hieäu vaøo tröïc tieáp ñöa vaøo keânh khueách ñaïi Y ñeå ñöa vaøo ñieàu khieån phieán leäch YY cuûa CRT. § 8. DUÏNG CUÏ GHI BIEÅU ÑOÀ 8.1. Maùy ghi bieåu ñoà treân baêng kieåu ñieän keá Nguyeân taéc cuûa maùy ghi bieåu ñoà treân baêng giaáy kieåu ñieän keá duøng buùt ghi chæ ra treân hình 3-18. Treân truïc cuûa moät ñieän keá khung quay töø ñieän gaén moät buùt veõ, ñaàu Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  7. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 103 - buùt tì leân giaáy nhö hình veõ. Döôùi taùc duïng cuûa ñieän aùp ñaët vaøo, khung daây seõ quay vaø keùo theo buùt veõ vaïch leân giaáy. Ñoä leäch cuûa buùt seõ tyû leä thuaän vôùi ñieän aùp ñaët vaøo khung daây. Khi tôø giaáy chaïy vôùi toác ñoä khoâng ñoåi döôùi buùt veõ thì daïng soùng cuûa ñieän aùp vaøo seõ ñöôïc veõ ra treân giaáy. Do söï chuyeån ñoäng cuûa giaáy tyû leä vôùi thôøi gian neân duïng cuï treân coøn ñöôïc goïi laø maùy ghi bieåu ñoà theo toïa ñoä x(t). Hình 3-18. Maùy ghi bieåu ñoà treân baêng giaáy kieåu ñieän keá. Moät phöông phaùp khaùc ñeå veõ ñoà thò treân baêng giaáy minh hoïa treân hình 3-19. Trong tröôøng hôïp naøy heä thoáng laøm leäch laø moät ñieän keá nhoû coù göông quay kieåu chæ thò baèng aùnh saùng thay cho buùt veõ. Moät heä thoáng quang hoïc ñieàu tieâu chính xaùc chuøm tia saùng töû ngoaïi chieáu leân göông vaø phaûn chieáu leân baêng giaáy aûnh, keát quaû thu ñöôïc aûnh cuûa tín hieäu nghieân cöùu treân baêng giaáy aûnh. Hình 3-19. Maùy ghi bieåu ñoà treân baêng duøng tia saùng. Öu ñieåm chuû yeáu cuûa phöông phaùp naøy laø heä thoáng cho pheùp ghi caùc daïng soùng vôùi taàn soá cao tôùi 5kHz, trong khi maùy ghi kieåu duøng buùt bò haïn cheá toái ña laø 200Hz. Tuy nhieân phöông phaùp naøy ñoøi hoûi phaûi coù loaïi giaáy aûnh xöû lyù ñaëc bieät. Ngoaøi phaàn cô khí ñeå ñieàu khieån söï dòch chuyeån cuûa baêng giaáy thì phaàn coøn laïi cuûa maùy ghi gioáng nhö cô caáu cuûa moät voân keá ñieän töû töông töï. Sô ñoà maïch ñieàu khieån ñieän keá duøng cho maùy ghi nhö hình 3-20. Boä suy giaûm ñeå thay ñoåi khoaûng ñieän aùp loái vaøo vaø ñöôïc ñieàu chænh ñeå cho caùc taàm ño 1cm/V; 2cm/V hoaëc 0,1cm/V; v.v… Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  8. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 104 - Heä thoáng ñieàu khieån keùo baêng giaáy duøng moâ tô vaø caùc heä thoáng truyeàn ñoäng baùnh raêng ñeå keùo giaáy ñöôïc ñieàu khieån baèng doøng ñieän nhôø caùc bieán trôû. Coù theå ñieàu chænh toác ñoä dòch chuyeån cuûa baêng giaáy ôû möùc cao tôùiø 5cm/s, hoaëc ôû möùc thaáp tôùi 5cm/h. Ngoaøi ra coøn coù theâm moät heä thoáng cô khí ñeå naâng vaø haï buùt. Hình 3-20. Maïch ñieàu khieån ñieän keá duøng cho maùy ghi bieåu ñoà 8.2. Maùyï ghi bieåu ñoà treân baêng kieåu chieát aùp. Hoaït ñoäng cuûa maùy ghi bieåu ñoà treân baêng giaáy kieåu chieát aùp theo nguyeân taéc bieán trôû töï caân baèng. Sô ñoà nguyeân lyù cuûa duïng cuï chæ ra treân hình 3-21 Buùt ghi ñöôïc gaén treân moät daây keùo vaø chuyeån ñoäng nhôø moâ tô. Ñaàu giöõ buùt gaén vôùi ñaàu con tröôït cuûa moät bieán trôû chieát aùp. Hai ñaàu cuûa chieát aùp ñaët döôùi nguoàn ñieän aùp moät chieàu (±E). Ñieän aùp laáy ra töø ñaàu con tröôït thoâng qua moät daây ñieän trôû nhoû qua maïch khueách ñaïi laëp laïi ñeå ñöa vaøo moät maïch coäng ñieän aùp. Moâ tô keùo ñieàu khieån buùt ghi hoaït ñoäng döôùi söï taùc ñoäng cuûa ñieän aùp treân loái ra cuûa boä khueách ñaïi coäng. Kyù hieäu caùc doøng loái vaøo maïch coäng aùp laø I2, I3 vaø I4 , ta coù ñieän aùp loái ra cuûa maïch coäng laø: V V⎞ ⎛V Vo = − R5 ( I 2 + I 3 + I 4 ) = − R5 ⎜ 2 + i + F ⎟; (3-9) ⎜R ⎟ ⎝ 2 R3 R 4 ⎠ R2 = R3 = R4 = R5, thì Neáu Vo = – (V2 + Vi + VF) (3-10) Giaû söû ñieän aùp vaøo Vi = 0, chieát aùp R1 ôû giöõa ñeå cho V2 = 0. Neáu ñaàu giöõ buùt ôû ñieåm giöõa chieát aùp daây tröôït thæ ta coù VF = 0. Nhö vaäy theo (3-4) ta coù Vo = 0, moâ tô ñöùng yeân vaø buùt ôû vò trí chính giöõa chieát aùp. Neáu buùt bò leäch ra khoûi vò trí caân baèng thì giaù trò cuûa VF seõ khaùc 0, ñieàu ñoù daãn tôùi theá loái ra maïch coäng Vo seõ khaùc khoâng laøm cho moâ tô trôï ñoäng seõ quay theo chieàu caàn thieát ñeå sao cho VF trôû veà khoâng. Khi VF = 0 moâ tô seõ ñöùng yeân. Baây giôø giaû söû buùt veõ naèm yeân ôû taâm cuûa bieåu ñoà, VF = Vi = 0. Ñieàu chænh bieán trôû R1 ñeå sao cho V2 = +E/2, theá loái ra maïch coäng baây giôø laø Vo = –E/2 seõ kích Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  9. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 105 - hoaït moâ tô quay theo chieàu sao cho buùt ñöa con tröôït bieán trôû veà phía –E. Khi theá VF=–E/2 thì ñieän aùp loái ra boä coäng laïi baèng khoâng, moâ tô ngöøng quay vaø buùt ghi naèm ôû moät vò trí xaùc ñònh. Hình 3-21. Maùy ghi bieåu ñoà duøng nguyeân taéc bieán trôû töï caân baèng Nhö vaäy, khi VF = –V2, thì khoâng coù tín hieäu ra cuûa boä khueách ñaïi ñeå daãn ñoäng ñoäng cô trôï ñoäng, buùt ñöùng yeân. Baây giôø, neáu chænh R1 sao cho V2 = –E/2 hoaëc V2 = –E, thì buùt seõ bò keùo veà caùc ñieåm öùng vôùi VF = +E/2 hoaëc +E töông öùng. Bieán trôû R1 ñoùng vai troø bieán trôû ñieàu chænh vò trí ban ñaàu cuûa buùt veõ treân baêng giaáy. Baây giôø xeùt tín hieäu vaøo Vi, thoâng qua taàng khueách ñaïi/suy giaûm ñeå ñöa vaøo maïch coäng. Giaû söû Vi > 0, theá loái ra boä khueách ñaïi laø –Vi seõ ñieàu khieån moâ tô quay sao cho buùt dòch chuyeån veà phía –E. Khi VF = –Vi thì moâ tô ngöøng quay vaø buùt seõ döøng. Neáu theá loái vaøo Vi laø moät ñaïi löôïng bieán thieân chaäm thì buùt seõ di chuyeån lieân tuïc sao cho VF = –Vi, keát quaû seõ veõ neân daïng soùng bieán thieân cuûa Vi treân baêng giaáy. Öu ñieåm cuûa duïng cuï laø ñoä chính xaùc cao hôn nhieàu so vôùi kieåu ñieän keá. Theo lyù thuyeát thì coù theå ñaït ±0,2% so vôùi kieåu ñieän keá laø ±2%. Nhöôïc ñieåm laø ñaùp tuyeán taàn soá raát thaáp, thöôøng chæ aùp duïng cho caùc tín hieäu bieán ñoåi raát chaäm döôùi 10Hz. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  10. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 106 - 8.3. Maùyï ghi bieåu ñoà treân baêng duøng ñieän cöïc raén Phöông phaùp ghi bieåu ñoà treân baêng duøng ñieän cöïc raén ñöôïc minh hoïa treân hình 3-22. Ñaàu ghi laø moät taäp hôïp goàm nhieàu ñieän cöïc (côõ vaøi traêm) ñöôïc gheùp noái tieáp nhau treân moät thanh ngang coá ñònh. Caùc ñieän cöïc ñöôïc ñieàu khieån baèng maïch ñieän töû vaø thöïc hieän vieäc ghi tín hieäu baèng caùch phoùng ñieän leân beà maët baêng giaáy chuyeân duïng dòch chuyeån beân döôùi. Duïng cuï coù ñaùp tuyeán taàn soá raát toát vì ñaàu ghi laø ñöùng yeân, maùy coù theå ghi caùc tín hieäu tôùi 1kHz. Nguyeân taéc ñieàu khieån caùc ñieän cöïc ghi ñöôïc minh hoïa treân hình 3-23. Tín hieäu loái vaøo ñöôïc löôïng töû hoùa thaønh töøng möùc giaùn ñoaïn nhôø moät heä thoáng caùc boä so saùnh lieân tieáp maéc song song vôùi nhau. Ñaàu ra cuûa moãi boä so saùnh ñieàu khieån tröïc tieáp moät ñieän cöïc ghi. Caùc möùc theá so saùnh Hình 3-22 ñöôïc thöïc hieän baèng moät caàu ñieän trôû chia aùp giöõa caùc boä nguoàn ±E. Daïng soùng tín hieäu ghi treân baêng seõ coù daïng moät ñöôøng ñöùt neùt. Khi soá ñieän cöïc ghi lôùn thì daïng soùng ghi gaàn nhö laø lieân tuïc. +E Maïch kích Taàng so aùp ñieän cöïc ghi Caùc ñieän cöïc + ghi SS4 V4 U4 - + SS3 V3 U3 - Tín hieäu vaøo + SS2 V2 U2 - + SS1 V1 U1 - -E CONTROL Hình 3-23. Quaù trình löôïng töû hoùa tín hieäu vaøo vaø ñieàu khieån caùc ñieän cöïc ghi Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  11. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 107 - Phöông phaùp ghi duøng ñieän cöïc raén coù nhöôïc ñieåm laø maïch ñieàu khieån phöùc taïp vì phaûi duøng moät soá löôïng lôùn caùc maïch so saùnh vaø caùc ñieän cöïc ghi. Tuy nhieân vieäc söû duïng caùc maïch tích hôïp cho pheùp ñôn giaûn hoùa vaán ñeà ñaët ra. 8.4. Maùyï ghi theo toïa ñoä xy Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa maùy ghi theo toïa ñoä xy laø söû duïng buùt veõ dòch chuyeån ñoàng thôøi theo caû 2 chieàu x vaø y ñeå veõ bieåu ñoà treân moät tôø giaáy ñaët coá ñònh. Cô caáu ghi töông töï nhö ñoái vôùi maùy ghi bieåu ñoà theo nguyeân taéc bieán trôû töï caân baèng (hình 3-24). ÔÛ ñaây buùt veõ ñöôïc gaén treân moät giaù mang vaø söï dòch chuyeån cuûa buùt theo chieàu doïc treân giaù (truïc y) ñöôïc ñieàu khieån baèng moâ tô M1. Toaøn boä giaù mang buùt coù theå dòch chuyeån theo chieàu ngang (truïc x) nhôø moâ tô M2 thoâng qua heä thoáng daây keùo vaø 4 puli trôï ñoäng. M2 M1 Hình 3-24. Cô caáu ghi theo toïa ñoä xy Caùc maïch bieán ñoåi tín hieäu vaøo keânh X vaø keânh Y ñeå ñieàu khieån caùc moâ tô trôï ñoäng M1 vaø M2 veà cô baûn gioáng nhö sô ñoà hình 3-21. Moãi maïch ñeàu coù boä phaän chænh möùc 0, boä khueách ñaïi coäng vaø moät maïch laëp aùp ñeå hoài tieáp ñieän aùp laáy töø con tröôït cuûa bieán trôû gaén vôùi ñaàu buùt ghi. Taàng khueách ñaïi loái vaøo vaø maïch choïn khoaûng ño chæ ra treân hình 3-25. Caùc chuyeån maïch S1 vaø S2 cho pheùp ñieàu chænh heä soá khueách ñaïi cuõng nhö thay ñoåi du xích treân baûn veõ sao cho ñieän aùp loái ra cuûa maïch laø 1V. Vôùi vò trí cuûa S1 vaø S2 nhö hình veõ 3-25 ta coù ñoä lôïi cuûa maïch khueách ñaïi laø: R + R3 + R4 900 K + 90 K + 10 K Ñoä lôïi A1 (0,1V / cm ) = 2 = 10 = 90 K + 10 K R3 + R4 Nhö vaäy khi chuyeån maïch S2 ôû vò trí 0,1V/cm, thì vôùi moät tín hieäu vaøo 0,1V seõ ñöôïc khueách ñaïi leân thaønh 10 x 0,1V/cm = 1V; tín hieäu 1V naøy seõ ñöa tôùi boä khueách ñaïi coäng vaø seõ taïo ra ñoä leäch 1cm cuûa buùt ghi. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  12. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 108 - Khi chuyeån maïch S2 ôû vò trí 1V/cm, ñaàu ra cuûa A1 ñöôïc noái tröïc tieáp vôùi ñaàu vaøo ñaûo, maïch khueách ñaïi thuaät toaùn trôû thaønh maïch khueách ñaïi laëp laïi. Nhö vaäy maïch seõ taïo ñoä leäch 1cm cho tín hieäu vaøo laø 1V. Baäy giôø giaû söû khoùa S2 ôû vò trí 0,01V/cm, ñoä lôïi cuûa maïch seõ laø: R2 + R3 + R4 900 K + 90 K + 10 K Ñoä lôïi A1 ( 0,01V / cm ) = = 100 = 10 K R4 Nhö vaäy, maïch seõ taïo ñoä leäch 1cm ñoái vôùi moãi tín hieäu vaøo 0,01V. Ñeán KÑ coäng + Vi A1 - R1 R2 1V/cm 900K S2 Khoaûng ño 0,1V/cm S1 R3 0.01V/cm 90K Du xích R4 10K R5 50K R6 5K Hình 3-25. Boä khueách ñaïi ñaàu vaøo cho maùy ghi theo toïa ñoä xy Khi khoùa chuyeån maïch S1 dòch chuyeån töø vò trí “KHOAÛNG ÑO” sang vò trí “DU XÍCH”, caùc ñieän trôû R2, R3 vaø R4 ngaét khoûi ñaàu vaøo ñaûo cuûa A1. Luùc naøy bieán trôû R5 cuøng vôùi R6 cho pheùp ñieàu chænh ñoä lôïi cuûa maïch khueách ñaïi töø giaù trò toái thieåu ñeán giaù trò toái ña: R5 + R6 50 K + 5K Ñoä lôïi du xích = = 11 = 5K R6 § 9. KYÕ THUAÄT ÑO LÖÔØNG BAÈNG DAO ÑOÄNG KYÙ Dao ñoäng kyù ñieän töû khoâng chæ laø thieát bò ñeå quan saùt daïng cuûa tín hieäu nghieân cöùu, maø coøn duøng ñeå ño löôøng caùc thoâng soá ñaëc tính cuûa tín hieäu. Ví duï, coù theå ño bieân ñoä, ño taàn soá, ño di pha, ño khoaûng thôøi gian, ño heä soá ñieàu cheá… Caùc phöông phaùp ño duøng dao ñoäng kyù raát thoâng duïng, vì pheùp ño ñôn giaûn, thöïc hieän nhanh choùng vaø deã daøng, keát quaû ño khaù chính xaùc. Moät ñaëc ñieåm raát quan troïng cuûa pheùp ño laø tröïc quan, vöøa quan saùt ñöôïc daïng tín hieäu nghieân cöùu vöøa ño ñaïc ñöôïc caùc thoâng soá ñaëc tính cuûa tín hieäu. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  13. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 109 - 9.1. Ño bieân ñoä, taàn soá vaø pha cuûa ñieän aùp tín hieäu Bieân ñoä ñænh – ñænh cuûa moät daïng soùng ñaõ hieän hình coù theå ño ñöôïc deã daøng nhôø kích taác dao ñoäng ñoà treân maøn hình. Treân hình 3-26 minh hoïa 2 soùng sin vôùi bieân ñoä vaø chu kyø khaùc nhau treân cuøng moät maøn hình. Vò trí caùc nuùm ñieàu khieån thang ñoä vaø kích taác dao ñoäng ñoà VOLT/DIV cuõng nhö nuùm choïn thôøi gian TIME/DIV nhö chæ ra treân hình veõ. Hình 3-26. Ño bieân ñoä ñænh – ñænh vaø chu kyø cuûa soùng sin Ta thaáy soùng A coù bieân ñoä 4,6 vaïch chia, coøn soùng B töông öùng vôùi 2 vaïch chia. Nhö vaäy, theo vò trí cuûa thang ñoä treân nuùm ñieàu khieån VOLT/DIV laø 100 mV ta coù bieân ñoä ñænh – ñænh cuûa caùc ñieän aùp seõ laø: - Soùng A: VApp = 4,5 vaïch x 100 mV = 450 mV - Soùng B: VBpp = 2 vaïch x 100 mV = 200 mV. Chu kyø cuûa soùng sin ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch ño soá vaïch ngang öùng vôùi moät chu kyø nhaân vôùi giaù trò cuûa moät oâ ñöôïc ñaët treân nuùm ñieàu khieån TIME/DIV. Theo soá lieäu treân hình 3-26 ta coù chu kyø vaø taàn soá cuûa caùc soùng laø: 8,8 vaïch × 0,5ms = 2,2 ms TA = – Soùng A: 2 chu trình f A = 1 TA = 1 2,2 ms ≈ 455 Hz 8,8 vaïch × 0,5ms = 0,73ms TB = – Soùng B: 6 chu trình f B = 1 TB = 1 0,73ms = 1,36 kHz Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  14. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 110 - Hieäu soá pha cuûa hai soùng hình sin ∆ϕ ñöôïc ño baèng phöông phaùp minh hoïa treân hình 3-27. Moãi soùng coù moät chu kyø öùng vôùi 8 vaïch ngang, vaø thôøi gian giöõa caùc thôøi ñieåm baét ñaàu moãi chu trình laø 1,4 vaïch. Ta coù 1 chu trình = 360o, nhö vaäy, giaù trò cuûa moãi vaïch chia laø: 1 vaïch chia = 360o/8 = 45o Hieäu soá pha cuûa 2 ñieän aùp seõ laø: ∆ϕ = 1,4 vaïch x 45o/vaïch = 63o. Hình 3-27. Ño hieäu soá pha giöõa 2 soùng sin 9.2. Ño caùc tham soá xung. Trong kyõ thuaät xung, vieäc xaùc ñònh caùc tham soá cuûa tín hieäu xung nhö : bieân ñoä xung Am, thôøi haïn (ñoä roäng) xung τ, söôøn tröôùc τ1, söôøn sau τ2 cuõng nhö vieäc quan saùt daïng xung ñaëc bieät tieän lôïi khi söû duïng dao ñoäng kyù ñieän töû. Giaû söû ta caàn bieát daïng tín hieäu loái vaøo vaø loái ra cuûa moät maïch ñieän töû naøo ñoù, ta coù theå cho hieän hình ñoàng thôøi 2 daïng soùng loái vaøo vaø loái ra treân maøn dao ñoäng kyù. Nhôø kích taác dao ñoäng ñoà vaø caùc toaï ñoä treân maøn hình ta deã daøng xaùc ñònh ñöôïc caùc tham soá caàn thieát. Treân hình 3-28 laø hai daïng soùng xung loái vaøo vaø l o á i r a c u û a m o ä t m a ï n g 4 c ö ï c n a ø o ñ o ù . Ta thaáy xung loái ra bò treã moät thôøi gian td so vôùi xung loái vaøo; ngoaøi ra söôøn xung bò tích phaân neân taïo ra maët taêng t1 (thôøi haïn söôøn tröôùc) vaø maët giaûm t2 (thôøi haïn söôøn sau). Giaû söû nuùm ñieàu khieån TIME/DIV ôû vò trí 1µs, nuùm VOLT/DIV ôû vò trí 1V thì caùc tham soá cuûa xung seõ laø. – Ñoái vôùi xung vaøo: - Ñoä roäng xung (ñænh xung) τ = 4,5 vaïch x 1µs = 4,5µs; - Ñoä roãng xung q = 3,5 vaïch x 1µs = 3,5µs; - Bieân ñoä xung: Am = 2 vaïch x 1V = 2V; - Chu kyø: T = 8vaïch x 1 µs = 8 µs; - Taàn soá: f = 1/T = 1/8 µs = 125 kHz. – Ñoái vôùi xung ra: - Thôøi gian treã: td = 1vaïch x 1µs = 1µs; - Maët taêng: t1 = 0,8 vaïch x 1µs = 0,8 µs; - Maët giaûm t2 = 0,9 vaïch x 1µs = 0,9 µs Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  15. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 111 - Hình 3-28. Ño caùc tham soá xung Keát quaû treân coøn cho bieát moät tham soá raát quan troïng goïi laø toác ñoä ñaùp öùng (slew rate) cuûa maïch, thöôøng duøng ñeå ñaëc tröng cho caùc boä khueách ñaïi thuaät toaùn. T o á c ñ o ä ñ a ù p ö ù n g c h o b i e á t p h a û n ö ù n g c u û a m a ï ch khi taùc duïng xung tôùi ñaàu vaøo, vaø ño baèng ñôn vò volt/µs. Theo hình 3-28, ta coù ñoä bieán hieân ñieän aùp ôû maët taêng cuûa xung laø ∆V = 2V, thôøi gian söôøn tröôùc laø t1 = 0,7µs, nhö vaäy toác ñoä ñaùp öùng seõ laø: 2V ∆V ≈ 2,9V / µs = 0 ,7 µ s t1 Treân hình 3-29 laø 2 daïng soùng xung vuoâng goùc khi ñöa vaøo maùy hieän soùng cho thaáy raèng khi gheùp DC daïng soùng seõ ñöôïc taùi taïo trung thöïc, nhöng khi gheùp AC tuï gheùp coù theå gaây meùo daïng soùng nghieâm troïng ôû taàn thaáp. Thôøi haïn Thôøi gian treã td söôøn tröôùc t1 Thôøi haïn söôøn sau t2 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý
  16. Kyõ Thuaät Ño Löôøng Ñieän –Ñieän töû - 112 - Hình 3-29. Söï meùo daïng cuûa soùng xung khi gheùp AC. Tích soá cuûa ñieän dung gheùp vaø ñieän trôû vaøo laø moät ñaïi löông goïi laø haèng soá thôøi gian vaøo cuûa maùy hieän soùng τi = RiCc Vôùi giaù trò Ri = 1MΩ, Cc = 0,1µF, ta coù τI = 1MΩ. 0,1µF = 0,1s . Theo soá lieäu treân hình 3-29 thì ñoä roäng xung laø 50ms, noù baèng moät nöûa thôøi haèng vaøo cuûa maùy hieän soùng. Khi ñoä roäng xung vaø khoaûng caùch giöõa caùc xung nhoû hôn nhieàu so vôùi thôøi haèng τI thì söï naïp cuûa tuï khoâng ñaùng keå, neân haàu nhö khoâng gaây meùo daïng. Ñeå traùnh söï meùo xung ôû taàn thaáp thì ñoä roäng xung thöôøng phaûi nhoû hôn 1/20 laàn thôøi haèng vaøo cuûa maùy hieän soùng. Treân hình 3-30 cho thaáy söï meùo daïng do cao taàn gaây ra. Tröôøng hôïp naøy khoâng phuï thuoäc vaøo gheùp DC hay AC maø laø do ñieän dung vaøo Ci cuûa maùy hieän soùng. Neáu RS laøø ñieän trôû cuûa nguoàn tín hieäu thì haèng soá thôøi gian cuûa maïch seõ laø τi=RSCi.. Treân hình veõ vôùi xung raát ngaén 0,2µs; RS = 1K; Ci = 30pF thì thôøi haèng cuûa maïch vaøo laø: τi = RSCi. = 0,03 µs; tuï Ci seõ naïp vaø gaây ra söï meùo daïng xung. Neáu xung coù ñoä roäng lôùn hôn nhieàu so vôùi CiRS thì söï meùo daïng laø khoâng ñaùng keå. Toùm laïi ñieàu kieän ñeå maïch vaøo khoâng laøm meùo daïng xung laø: 1 (3-11) 20 R S C i ≤ Ñoä roäng xung τ ≤ Ri C c 20 Hình 3-30. AÛnh höôûng cuûa ñieän dung vaøo laøm meùo daïng xung ôû cao taàn 9.3. Phöông phaùp hình Lissajou. Neáu ngaét boä dao ñoäng taïo queùt cuûa maùy hieän soùng vaø ñöa caùc soùng hình sin ñoàng thôøi vaøo 2 keânh XX vaø YY thì treân maøn dao ñoäng kyù seõ xuaát hieän dao ñoäng ñoà Lissajou. Hình daïng cuûa dao ñoäng ñoà laø ñôn giaûn khi 2 ñieän aùp cuøng taàn soá, vaø hình seõ coù daïng raát phöùc taïp neáu 2 ñieän aùp khaùc taàn soá. Coù theå söû duïng hieäu öùng treân ñeå ño taàn soá cuûa caùc dao ñoäng hình sin. Treân hình 3-31 laø sô ñoà minh hoïa nguyeân taéc ño taàn soá baèng phöông phaùp hình Lissajou. Ñieän aùp hình sin taàn soá fy ñöa vaøo keânh leäch ñöùng YY, coøn ñieän aùp hình sin coù taàn soá fx ñöa vaøo keânh leäch ngang XX. Maùy hieän soùng hoaït ñoäng ôû cheá ñoä ngaét boä taïo queùt trong. Khi thöïc hieän ñoàng boä treân maøn hình seõ thu ñöôïc dao ñoäng ñoà Lissajou. Haõy caét dao ñoäng ñoà theo 2 truïc doïc vaø ngang nhö hình veõ sao cho soá veát caét laø lôùn nhaát. Ñeám soá veá caét theo truïc doïc (m) vaø truïc ngang (n). Tyû soá caùc veát caét aáy chính baèng tyû soá hai taàn soá: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản