Bài giảng Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 4 - Phạm Hải Đăng
4.1. Khái niệm chung
Tần số là một trong những tham số rất quan trọng của
nguồn tín hiệu bất kỳ. Nhưng các tín hiệu trong lĩnh vực
điện tử viễn thông có dải tần biến thiên từ nHz ÷n1015 Hz
Để đo tần thì có thể dùng các tham số:
Tần số:
Tần số góc :
f (Hz)
ω(rad)
Chu kỳ:
Pha:
Bước sóng
T(s)
ϕ(s)
λ(m)
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
26 trang
1000
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 4 - Phạm Hải Đăng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - Chương 4 - Phạm Hải Đăng
gn okh, ,s Chương tn s oĐ tn oĐ:4kho ng id gnươhC th i ahp gian đ id :4 ođ đ và ođpha naig và N i dung chính: Khái ni m chung Đo t n s b ng các ph n t có tham s ph thu c vào t n s Đo t n s b ng các thi t b so sánh Đo t n s b ng phương pháp đ m xung Đo chu kì T h p t n s Đo đ di pha 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 1 4.1. Khái ni m chung T n s là m t trong nh ng tham s r t quan tr ng c a ngu n tín hi u b t kỳ. Nhưng các tín hi u trong lĩnh v c đi n t vi n thông có d i t n bi n thiên t nHz ÷n10 15 Hz Đ đo t n thì có th dùng các tham s : T n s : f (Hz) T n s góc : ω(rad) Chu kỳ: T(s) Pha: ϕ(s) Bư c sóng λ(m) 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 2 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Phương pháp đo: So sánh t n s c n đo v i t n s chu n đã bi t đ t đó xác đ nh t n s c n đo. V c u t o có th dùng: Dùng các ph n t m ch có tham s ph thu c vào t n s Dùng các thi t b so sánh Dùng phương pháp đ m 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 3 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Nguyên t c chung: Dùng các m ch c ng hư ng đ c ng hư ng gi a t n s c n đo v i t n s c a m ch. A. C ng hư ng c u: Đi u ki n đ c u cân b ng là: ɺ R1Z 3 = R2 R4 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 4 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Bi n đ i phương trình ta có: Ph n th c: RR13= RR 24 1 1 Ph n o: ω= = 2 π f x → 2π f x = Lx C 2π Lx C V i CC =max − C min →= ffx max − f min và giá tr đó đư c quy đ i s n và kh c trên thang đo tương ng v i C. ng d ng đo t n: ưu và như c đi m: Kh c ph c: 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 5 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Đ c u cân b ng R1 R 3 1 =R2 R 4 + 1+ jCRωx3 3 jC ω x 4 1 ωx=2 π f x = R3 R 4 C 3 C 4 N u ch n các đi n tr và t đi n R3= R 4 = R C3= C 4 = C 1 f = x 2π RC 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 6 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt B. M ch c ng hư ng LC Hình 4 4. Sơ đ kh i ghép n i m ch c ng hư ng Tuỳ theo d i t n s mà m ch c ng hư ng có các c u t o khác nhau. Trong các thi t b đo t n s b ng phương pháp c ng hư ng, thì th c t đ dùng đư c trong các t n đo n khác nhau, m ch c ng hư ng có ba lo i: 1. M ch c ng hư ng có đi n dung và đi n c m đ u là các linh ki n có thông s t p trung. 2. M ch c ng hư ng có pha tr n gi a linh ki n có thông s t p trung là đi n dung, và linh ki n có thông s phân b là đi n c m. 3. M ch c ng hư ng có đi n dung và đi n c m đ u là các linh ki n có thông s phân b . 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 7 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Hình 4 5 Hình 4 6 Hình 4 5 là sơ đ c a lo i m ch th nh t. Trong đó, đi n dung và đi n c m là các linh ki n có thông s t p trung L và C. T n s mét lo i này có lư ng trình t 10kHz đ n 500MHz. Sai s đ t trong kho ng 0,25% ÷3%. Hình 4 6 là m ch đi n c a t n s mét mà m ch c ng hư ng là có pha tr n các linh ki n có thông s t p trung và linh ki n có thông s phân b . M ch c ng hư ng đây g m có t xoay ki u hình bư m. B ph n tĩnh đi n c a t đư c n i v i nhau b ng vòng kim lo i V, vòng này đóng vai trò đi n c m phân b c a m ch. 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 8 s b ng4.2.Đo nt s ntĐ2o.b ng cáccó 4. hamt ph n t cós ph n ph hamt t ph s thu cs nts vào àov nt Hình 4 7 Hình 4 7 là sơ đ c u t o m t lo i t n s mét dùng siêu cao t n. 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 9 s gn b4.3. tn s oĐ tn b ng oĐ..43 các thi t b b so sánh A. S d ng Oscillo Phương pháp s d ng dao đ ng đ c a oscillo (Litxagiu) S d ng hình litxagiu t o ra trên màn hình Oscillo đ xác đ nh t n s theo tín hi u có t n s chu n. Đưa tín hi u c n đo t n s fx vào c p phi n làm l ch X. Đưa tín hi u có t n s chu n fch vào c p phi n làm l ch Y. Đ xác đ nh t n s c n đo ta dùng 2 cát tuy n c t dao đ ng đ “Litxagiu” theo 2 phương đ ng và ngang, tho mãn s đi m c t hình “Litxagiu” là t i đa. S giao đi m theo phương X và Y l n lư t là n và m. Liên h gi a t n s fx và fch m nf= mf f= f x ch xn ch m n 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 10 s gn b4.3. tn s oĐ tn b ng oĐ..43 các thi t b b so sánh Ví d minh ho 1 f= f f= 2 f f= f x ch x ch x2 ch fx= 3 f ch 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 11 s gn b4.3. tn s oĐ tn b ng oĐ..43 các thi t b b so sánh A. S d ng Oscillo – Phương pháp quét tròn Tín hi u có t n s chu n fch đư c đưa vào 2 c p phi n làm l ch X, Y (Hình 4 13). Đ u vào X và Y l ch pha 90 o. Trên màn hình s xu t hi n dao đ ng đ d ng tròn ho c ellipse. Tín hi u có t n s fx c n đo đư c đưa vào lư i G (ho c đi n c c tăng t c A 2 ) Chùm tia đi n t đư c đóng/m t o nên đư ng đ t nét trên Oscillo Hình 4 13. Phương pháp quét tròn S lư ng đo n t i (ho c s lư ng đo n sáng) – Hình 4 14 (a) (b) do tín hi u đưa vào lư i G S lư ng các múi l i/lõm – Hình 4 14 (c) do tín hi u đưa vào đi n c c tăng t c A2 f n = x fch 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 12 s gn b4.3. tn s oĐ tn b ng oĐ..43 các thi t b b so sánh B. Đo t n s b ng phương pháp ngo i sai S d ng phương pháp tr n t n và b l c thông th p đ t o ra t n s phách F= fx − f ns B ch th là tai nghe, đèn ch th ho c b ch nh lưu b ng ch t r n. Đi u ch nh b t o sóng ngo i sai tho mãn F= fx − f ns = 0 L c M ch Tr n fx± f ns fx− f ns thông th p Ch th vào T n (LPF) fx− f ns = 0 fx fns T o sóng Ngo i sai 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 13 s gn b4.4. tn s oĐ tn b ng oĐ..44 phương pháp đ m xung Sơ đ kh i c a vi c đo t n s b ng phương pháp đ m xung B t o d ng xung: bi n đ i tín hi u đi u hoà t n s fx thành các tín hi u d ng xung có cùng chu kì v i tín hi u. B t o xung chu n: t o xung có đ n đ nh cao, thư ng là dao đ ng th ch anh. Ngoài ra còn có các b nhân chia t n đ t o ra nhi u t n s khác nhau. B ch n xung và b đ m : th c hi n vi c đ m xung trong 1 chu kì c a xung chu n. Tch= nT x fx= nf ch Hình 4 22 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 14 s gn b4.4. tn s oĐ tn b ng oĐ..44 phương pháp đ m xung Đ th th i gian: u(t) t Tch= nT x fx= nf ch Uvp (t) . t Uch (t) t Uđo (t) tđo =Tch t Uđ m (t) n xung . t 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 15 s gn b4.4. tn s oĐ tn b ng oĐ..44 phương pháp đ m xung Sai s c a phương pháp đo theo hình 4 22 ph thu c: Đ chính xác c a xung chu n Tch V n đ đ ng b gi a xung m và xung đ m. Do đó sai s c a phương pháp này là sai s ±1 Đ tăng đ chính xác c a phương pháp này (hình 4 22), c n tăng đ r ng xung chu n Tch n fx= nf ch = Tch 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 16 s gn b4.4. tn s oĐ tn b ng oĐ..44 phương pháp đ m xung Ngoài ra, m t phương pháp đo t n s b ng phương pháp đ m xung khác đư c minh ho trong hình 4 26 f T n s đo đư c f = ch x n B t o B t o B ch n xung d ng I B đ m xung chu n xung II B t o M ch B đi u d ng vào khi n xung Hình 4 26 fx Tch Tx 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 17 oĐ4.5. uch ođ oĐ..45 gn okh (ođkìkho ng ( uch th i kì gian)) gian 1 Do quan h gi a chu kỳ và t n s là: T = f cho nên m i phép đo chu kỳ đ u có th th c hi n tương t như đo t n s . Ví d 1: đo chu kỳ b ng c u c ng hư ng: C u t o và nguyên lý ho t đ ng v n không thay đ i nhưng k t qu : Ph n th c : RR= RR 13 241 2 π Ph n o: ω= = ⇒=Tx2 π L x C Lx C Tx V i CCC=÷min max ⇒= TTx x min ÷ T x max và giá tr đó đư c quy đ i s n và kh c trên thang đo tương ng v i C. 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 18 oĐ4.5. uch ođ oĐ..45 gn okh (ođkìkho ng ( uch th i kì gian)) gian Ví d 2: đo chu kỳ b ng phương pháp đ m xung S d ng phương pháp 2 (hình 4 26) đ th c hi n đ m xung. f f=ch ⇒ T = nT xn x ch B t o B t o B ch n xung d ng I B đ m xung chu n xung II B t o M ch B đi u d ng vào khi n xung Hình 4 26 fx Tch Tx 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 19 T4.6. p hs T..46 tn s p h tn T h p t n s là quá trình t o ra dãy các t n s r i r c t m t ngu n phát t n s chu n có đ n đ nh cao. Ngu n phát t n s chu n (dao đ ng chu n) thư ng là các b t o dao đ ng th ch anh. Nguyên lý th c hi n t h p t n s : T h p t n s th đ ng: ch dùng phương pháp l c đ t o ra các thành ph n t n s r i r c . T h p t n s tích c c: s d ng các b l c tích c c đ l c các thành ph n t n s . M ch l c tích c c bao g m các vòng khóa pha (PLL) k t h p v i các b chia t n s . T h p t n s có s d ng b vi x lí. 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 20 T4.6. p hs T..46 tn s p h tn Sơ đ nguyên lý t h p t n s tích c c. Dao đ ng t o ra v i t n s : fra = . f 0 B chia t n s đư c th c hi n b ng phương pháp đ m xung (xung đ m t dao đ ng chu nf0 ). M ch ho t đ ng theo nguyên lí vòng khóa pha đ n đ nh t n s và pha c a dao đ ng ra. D i t n s đ u ra fra = f10. ÷ f 20 . Như c đi m: bư c t n c a d i t n đ u ra l n. Hình 4 69 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 21 T4.6. p hs T..46 tn s p h tn Sơ đ nguyên lý t h p t n s d ng b VXL Dao đ ng t o ra v i t n s : X f= f ra Y 0 H s chia t n Y c a dao đ ng chu n và h s chia X c a b dao đ ng bi n đ i đư c l a ch n băng b VXL Hình 4 70 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 22 T4.6. p h s T..46 DV tn s b p h trn s tn gn d DV b tn s d ng trn VXL tn Ví d : T dao đ ng chu nf0 = 5 MHz t o ra t h p t n s f=10 MHz ÷ 15 MHz f −8 v i bư c t n là fb = 10 Hz và đ chính xác ≤ 3.10 f Đ t o ra t n s f=12,631770 MHz => X = 1263177 Y = 500000 H s X, Y quá l n. M ch so pha làm vi c t n s f0 / Y= 10 Hz là quá th p đ đ m b o s n đ nh . S d ng VXL đ l a ch n t h p (X, Y) có giá tr nh th a mãn đi u ki n v đ chính xác. V i t h pX=6950 Y = 2751 t n s ra fra =12,6317702653 MHz f Bư c t n =−=f f f0,2653 Hz b =× 2,1 10 −8 b ra f 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 23 idahp đid4.7. oĐ đpha oĐ..47 Đ di pha c a 2 tín hi u đi u hòa có cùng t n s là h ng s : u1= Um 1sin (ω t + ϕ 1 ) ϕ = ϕ1 − ϕ 2 u2= Um 2sin ()ω t + ϕ 2 Đ di pha c a 2 tín hi u đi u hòa có t n s khác nhau là đ i lư ng bi n thiên theo th i gian u1= U 1sin (ω 1 t + ϕ 1 ) =ϕ( ωω12 −)t +( ϕϕ 12 − ) u2= U 2sin (ω 2 t + ϕ 2 ) Đ di pha c a 2 tín hi u tu n hoàn có cùng t n s là đ di pha c a hài b c 1. Ngoài ra, còn có th bi u di n thông qua đ d ch th i gian T T 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 24 idahp đid4.7. oĐ đpha oĐ..47 Đo đ di pha b ng phương pháp đo đi n áp Phương pháp đo đi n áp đư c áp d ng v i các tín hi u t n s th p. Đi n áp t ng c a 2 tín hi u đi u hòa ph thu c vào đ di pha 2 2 2 uΣ = u1 + u 2 + 2 uu 12 cos ϕ u2− u 2 − u 2 ϕ = arccos Σ 1 2 2u1 u 2 Trư ng h p u1= u 2 = u u ϕ = 2arccos Σ u Hình 4 74 Hình 4 75 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 25 idahp đid4.7. oĐ đpha oĐ..47 Đo đ di pha b ng phương pháp dùng m ch tách sóng Hai đ u vào (3 4) và (5 6) đư c đưa vào là hai đi n áp c n đo đ di pha. Trên đèn hai c c Đ 1 có đi n áp t ng: Trên đèn hai c c Đ2 có đi n áp hi u: N u hai đèn Đ 1 và Đ 2 đ ng nh t và là lo i có đ c tuy n tách sóng đư ng th ng, thì thành ph n đi n áp m t chi u đư c ch nh lưu ra trên t i gi a hai đi m (1 0) là t l v i tr s đi n áp t ng: U φ Σ = cos 2U 2 Thành ph n đi n áp m t chi u đư c ch nh lưu gi a 2 đi m (0 2) t l v i tr s đi n áp hi u U φ Hình 4 76 = sin 2U 2 09/10/2008 Trư ng ĐH Bách Khoa Hà N i Slice 26
File đính kèm:
- bai_giang_co_so_ky_thuat_do_luong_dien_tu_chuong_4_pham_hai.pdf
