Bài giảng Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 1: Giới thiệu chung về kỹ thuật đo lường điện tử - Phạm Hải Đăng

kĩ thuật sở kĩđo Cơ nờưgl sở Cơ thuậtlường đođiện tửtử
 Năm hc 2008 hc kìkì 1.1.
 Khoá hchc:: ĐTVT K50
 TS. Phm Hi Đăng
 B môn Mch và X lí s tín hiu
 Khoa Đin t Vin thông
 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni
 CELL: 0902161682
 Email: phdang@mail.hut.edu.vn dang.hut@gmail.com
iG:1iChương gnươhCGii :1thiu kĩ ttuh chung v kĩoĐ gnuch gnưl v ttuhlưng oĐ đin tt
 Tóm tt ni dung chính:
 1. M đu: v trí và vai trò ca ngành hc trong chuyên ngành.
 2. Đi tưng ca ngành hc Đo lưng đin t.
 3. Các khái nim cơ bn v Đo lưng đin t.
 4. Phân loi tng quát các thit b đo.
 18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 2
Mđu1.1. M1.1.đu 
 Tng quan v chuyên ngành Đin t  Vin thông (Electronics and 
 Telecommunications).
 
 Chuyên ngành Đin t  Vin Thông là mt trong nhng lĩnh vc phát
 trin mũi nhn: 
  Các ng dng: t các thit b các nhân như TV, đài FM/AM, cell phone, PC đn
 các thit b phc tp như trm thu phát di đng BTS, tng đài s 
 
 Nn tng ca cuc cách mng thông tin là vic ng dng công ngh
 silicon.
  Phn t cơ bn ca mch đin t: R, L, C
  Các loi transitor
 
 Đo lưng đin t đóng 1 vai trò quan trng trong s phát trin ca
 chuyên ngành, đc bit là trong quá trình thit k, ch to và th
 nghim.
 18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 3
Mđu1.1. M1.1.đu ((tiptip)) 
 Mc đích ca môn hc:
 “Cơ s kĩ thut đo lưng đin t là môn hc nghiên cu 
 các phương pháp đo lưng cơ bn, các bin pháp kĩ thut 
 đ thc hin các phép đo, các thao tác kĩ thut đo lưng 
 đ đt đưc nhng yêu cu cn thit ca phép đo.”
 
 Đo lưng đin t đưc phân thành 2 loi:
  Đo lưng và kim tra các thông s ca mch đin: đin áp, cưng đ dòng đin, 
 công sut
  Đo lưng các thông s và đc tính ca tín hiu: tn s, đ di pha, đ tr v thi 
 gian
 18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 4
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt
 A. Các đc tính và thông s ca tín hiu
 
 Các tín hiu đưc mô t dưi dng toán hc
 st( )= staa ( ,1 , 2 ,..., a n )
 sf( )= sfaa ( ,1 , 2 ,..., a n )
  Tínhiust( ), s ( f ) phthucvàocácđilưngkhác, ngoàithigianvàtn s.
  Cácđilưng{a1 , a 2 ,..., a n } đưcgichunglà các thông s (parameter) ca tín
 hiu .
 
 Các thông s ca tín hiu là đi tưng ca đo lưng đin t.
 
 Các dng tín hiu cơ bn đưc kho sát thông s gm có:
 1. Tínhiuđiuhoà.
 2. Tín hiu tun hoàn.
 3. Tín hiu xung
 4. Tín hiu s
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 5
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt ((tiptip))
 Biu din các thông s ca tín hiu
 
 Tín hiu đưc biu din theo 2 cách:
  Hàm s ca thi gian
 st( )= staa ( ,1 , 2 ,..., a n )
  Hàm s ca tn s
 sf( )= sfaa ( ,1 , 2 ,..., a n )
 
 Bin đi t min thi gian sang min tn s bng bin đi Fourier; 
 bin đi t min tn s v min thi gian bng bin đi ngưc Fourier.
 st()= sin( 2 π ft0 )
 f
 f0
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 6
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt ((tiptip))
 Các dng tín hiu cơ bn:
 
 Tín hiu điu hoà : st( )= Am sin(2π ft0 + ϕ 0 )
 Trong đó: A m là cưng đ ca tín hiu.
 st()= sin( 2 π ft0 )
 f0, ϕ 0 là tn s và pha ca tín hiu.
 Mt s công thc liên quan Am
 1
 T = Chu kì ca tín hiu
 f0
 ω0= 2 π f 0 tn s góc ca tín hiu T
 c
 bưc sóng
 λ0 =
 f0
 A cưng đ hiu dng.
 A = m
 hd 2 (liên h vi dòng đin xoay chiu: giá tr đin áp cc đi
 và đin áp hiu dng)
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 7
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt ((tiptip))
 Các dng tín hiu cơ bn:
 
 Tín hiu tun hoàn : s() t= s ( t + kT )
 Trong đó: T là chu kì ca tín hiu.
 1
 F = là tn s lp li ca tín hiu.
 T
  Dao đng tun hoàn có th phân tích thành các thành phn dao đng điu hoà vi
 thành phn tn s bng bi s ca tn s cơ bn F
 stsA( )=+DC 1 sin( ++ tϕ 02 ) A sin(2 +++ t ϕ 1 ) ... Antn sin( + ϕ n )
 Trong đó :  = 2πF là tn s góc cơ bn ca tín hiu .
 n ={1,2,.. } gi là bc ca các sóng hài.
 A1
 A2
 ADC A4
  2 3 4
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 8
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt ((tiptip))
 Các dng tín hiu cơ bn:
 
 Tín hiu xung : đưc s dng trong kĩ thut vô tuyn, rada, điu khin, 
 truyn hình tương t
 
 Các dng tín hiu xung cơ bn:
 (a) Xung vuông (b) Xung răng cưa (c) Xung hình thang (d) Xung tam giác
 Am / 2
 Am Am Am Am
 τ ®
 τ τ τ ng
 τ τ 0 τ 0
 τ1 τ 2
 (e) Xung hàm s mũ
 
 Các xung đơn cơ bn đưc kt khi 
  0t < 0
 hp to ra các nhóm xung theo A s( t ) =  (−t /τ )
 m A ekhi t ≥ 0
 thi gian: nhóm xung, nhóm xung  m
 ct, nhóm xung tun hoàn. τ1 τ
 τ 2
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 9
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt ((tiptip))
 Các dng tín hiu cơ bn:
 
 Tín hiu s : là tín hiu mang thông tin dng nh phân {0,1}
 
 Tín hiu s thưng đưc biu din dưi dang chui xung vuông.
  Mc đin áp ng vi bit “0” và “1” đưc quy đnh tuỳ thuc vào ng dng c th.
  Đ rng xung đưc thay đi tuỳ thuc theo tc đ lung s.
 
 Các phương pháp mã hoá đưc dùng khi cn truyn đi tín hiu s.
 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 10
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt
 B. Các tham s và đc tính ca mch đin t:
 
 Trong quá trình x lí, truyn dn, tín hiu luôn đưc bin đi t dng
 này sang dng khác. T hp các linh kin đin t thc hin chc năng
 bin đi tín hiu đưc gi là mch đin.
 
 Các thành phn ca mch đin bao gm: đin tr R, t đin C, cuc
 cm R, transistor, IC
 
 Tuỳ thuc vào tính cht ca các phn t đưc s dng , có th chia
 mch đin thành 2 loi:
  Mch tuyn tính.
  Mch phi tuyn.
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 11
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt
 Mch tuyn tính (linear):
 
 Mch tuyn tính đưc to thành t các phn t có giá tr không ph thuc vào dòng
 đin chy qua nó.
 
 Có th áp dng nguyên lí xp chng đi vi mch tuyn tính.
 
 Mch tuyn tính bao gm R, L, C và transistor hot đng  trng thái tuyn tính (đưng
 thng trên đc tuyn).
 
 Mch tuyn tính đưc đc trưng bi mng 4 cc vi tr kháng toàn phn Z.
 Z(ω ) = R + jX Mng 4 cc
 (mch tuyn tính)
 =R + jX(L + X C )
 
 Đi vi các mng 4 cc đc bit là các mch dao đng
 ρ
  H s phm cht Q =
 R
 L
  Tr kháng đc tính ρ =
 C
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 12
 1.2. Đi tưngoĐ ca lưnglưng ca oĐ đin tt
 Mch phi tuyn (nonlinear):
 
 Các giá tr linh kin ca mch thay đi ph thuc vào cưng đ dòng đin chy qua nó.
 
 Không áp dng nguyên lí xp chng đi vi mch phi tuyn.
 
 Mch phi tuyn ch yu gm các diode, transistor hot đng  ch đ bão hoà.
 
 Da vào đc tuyn VoltAmp ca mch phi tuyn, thc hin các b bin đi, điu ch, 
 tách sóng
 U
 Phi tuyn
 Tuyn tính
 I
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 13
 1.3. Các kháicơ nim bnoĐlưng nim cơ voĐlưng bnv đin tt
 
 “Đo lưng là khoa hc v các phép đo, các phương pháp đo và các
 công c đo nhm đt đưc đ chính xác mong mun.”
 Các hưng nghiên cu chính ca đo lưng gm:
 
 Các lí thuyt chung v phép đo
 
 Các đơn v vt lí và các h thng
 
 Các phương pháp và công c đo
 
 Phương pháp xác đnh đ chính xác ca phép đo
 
 Cơ s đm bo s thng nht gia các phép đo.
 
 Công c đo chun
 
 Các phương pháp chuyn đi đơn v
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 14
 1.3. Các kháicơ nim bnoĐlưng nim cơ voĐlưng bnv đin tt
 Các khái nim cơ bn
 
 “Đo lưng là khoa hc v các phép đo, các phương pháp đo và các
 công c đo nhm đt đưc đ chính xác mong mun.”
 Các hưng nghiên cu chính ca đo lưng gm:
 
 Các lí thuyt chung v phép đo
 
 Các đơn v vt lí và các h thng
 
 Các phương pháp và công c đo
 
 Phương pháp xác đnh đ chính xác ca phép đo
 
 Cơ s đm bo s thng nht gia các phép đo.
 
 Công c đo chun
 
 Các phương pháp chuyn đi đơn v
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 15
 1.3. Các kháicơ nim bnoĐlưng nim cơ voĐlưng bnv đin tt
 Các phương pháp đo
 
 Phương pháp đo trc tip: 
  s dng Voltmeter đ đo đin áp, Ampemeter đ đo dòng đin
 
 Phương pháp đo gián tip:
  Đo gián tip công sut thông qua Voltmeter và Ampemeter P= UI
 
 Phương pháp đo tương quan: thit lp quan h hàm s ca 2 đi
 lưng .
 Ngoài ra còn 1 s các phương pháp:
 
 Phương pháp đo thay th, phương pháp đo hiu s, phương pháp đo
 vi sai, đo thng, đo ri rc hoá.
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 16
 1.3. Các kháicơ nim bnoĐlưng nim cơ voĐlưng bnv đin tt
 Phân loi tng quan các loi máy đo
 (a) Máy đo các thông s và đc tính ca tín hiu
  Voltmeter, Ampmeter, phân tích ph 
 (b) Máy đo đc tính và các thông s ca mch đin
  Mch đin cn đo đóng vai trò như mng 4 cc, mng 2 cc
  Máy đo đc tuyn tn s, máy đo đc tính quá đ, máy đo h s phm cht, đo
 đin cm, đin dung, đin tr 
 (c) Máy to tín hiu đo lưng: dùng làm ngun tín hiu chun.
18/08/2008 Trưng ĐH Bách Khoa Hà Ni Slice 17