Giáo trình Kỹ thuật đo lường (Nghề: Kỹ thuật sửa chữa, lắp ráp máy tính - Trung cấp) - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Kỹ thuật đo lường dạy cho học viên cách sử dụng tất cả các dụng cụ đo đã miêu tả và tạo cho học viên năng lực vận dụng các kết quả đo vào việc phân tích, xác định các sai, lỗi của các thiết bị và hệ thống điện - điện tử trong máy tính.

Tầm quan trọng của kỹ thuật đo lường trong nghề Sửa chữa máy tính 5 2 Những kiến thức cần có để học môn Kỹ thuật đo lường

Kỹ thuật đo lường đóng vai trò quan trọng trong nghề sửa chữa máy tính, giúp thu thập và đánh giá các thông số kỹ thuật của thiết bị Quá trình đo lường cho phép xác định chất lượng và giá trị của các đối tượng, với độ chính xác cao trong việc đánh giá Trong lĩnh vực điện và điện tử, việc đo tín hiệu điện là một yếu tố then chốt, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của các thiết bị kỹ thuật phục vụ nghiên cứu và đời sống Sự phát triển này cũng thúc đẩy sự hoàn thiện của các thiết bị đo lường, hiện nay có độ chính xác cao và kích thước nhỏ gọn Các thiết bị này cho phép đo trực tiếp hoặc gián tiếp, liên tục hoặc theo chương trình đã định, góp phần quan trọng vào tự động hóa quy trình sản xuất và hệ thống điều khiển.

Các dụng cụ và thiết bị đo lường tín hiệu điện không chỉ có khả năng đo và hiển thị các giá trị đặc trưng của tín hiệu, mà còn có thể tạo ra hình dáng tín hiệu theo tỷ lệ nhất định, so sánh sự thay đổi khi tín hiệu đi qua mạch điện, vẽ đặc tuyến của mạch hoặc phần tử mạch, và tham gia vào việc đo lường các đại lượng không điện.

Việc đo lường tín hiệu điện có nhiều mục đích quan trọng, từ việc sửa chữa và hiệu chỉnh thiết bị điện tử cho đến nghiên cứu và chế tạo máy móc mới Ngoài ra, việc đo lường còn giúp điều chỉnh và kiểm soát hệ thống thiết bị phục vụ cho nghiên cứu, sản xuất và đời sống hàng ngày.

2 Những kiến thức cần có để học môn Kỹ thuật đo lường

- Kiến thức về kỹ thuật điện, điện tử

- Kiến thức về linh kiện điện tử

Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

Các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

- Trình bày được các khái niệm cơ bản về kỹ thuật đo lường

1.1.1 Định nghĩa và phân loại thiết bị

- Đo lường: Là một quá trình đánh giá định lượng đối tượng cần đo để có kết quả bằng số so với đơn vị

Quá trình đo gồm 3 thao tác chính:

- Thiết bị đo và thiết bị mẫu

+ Thiết bị đo: Là một hệ thống mà lượng vào là đại lượng đo, lượng ra là chỉ thị bằng kim, tự ghi hoặc số

+ Thiết bị mẫu: Là TB đo chuẩn dùng để kiểm tra và hiệu chỉnh TB đo

Ví dụ: Muốn kiểm định công tơ cấp chính xác 2 thì bàn kiểm định công tơ phải có cấp chính xác ít nhất là 0,5

Mẫu là thiết bị đo dùng để khôi phục một đại lượng vật lý nhất định, với yêu cầu về độ chính xác rất cao, dao động từ 0,001% đến 0,1%, tùy thuộc vào từng cấp và loại dụng cụ đo.

Dụng cụ đo lường điện là thiết bị sử dụng để thu thập và xử lý thông tin đo lường thông qua tín hiệu điện, có mối quan hệ hàm với các đại lượng vật lý cần đo Việc chuyển đổi đo lường đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của quá trình đo lường.

Thiết bị này được sử dụng để gia công tín hiệu thông tin đo lường, nhằm mục đích thuận tiện cho việc truyền tải, biến đổi, xử lý tiếp theo và lưu trữ dữ liệu, nhưng không cung cấp kết quả trực tiếp.

Chuyển đối chuẩn hóa: có nhiệm vụ biến đổi một tín hiệu điện phi tiêu chuẩn thành tín hiệu điện tiêu chuẩn (thong thường U = 0 đến 10v ; I=4 đến 20mA)

Chuyển đổi sơ cấp là quá trình chuyển đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu điện để ghi nhận thông tin cần đo Có nhiều loại chuyển đổi sơ cấp, bao gồm chuyển đổi điện trở, điện cảm, điện dung, nhiệt điện và quang điện Tổ hợp thiết bị đo thường sử dụng các loại chuyển đổi này để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả trong việc thu thập dữ liệu.

Hệ thống đo lường tự động là tập hợp các thiết bị đo và thiết bị phụ trợ nhằm thu thập dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau Nó truyền tải thông tin qua các kênh liên lạc và chuyển đổi dữ liệu về dạng dễ dàng để thực hiện đo lường và điều khiển hiệu quả.

Hinh 1.1 Hệ thống đo 1 kênh

- Đối với hệ thống đo lường nhiều kênh

Hình 1.2 Hệ thống đo nhiều kênh d Cách thực hiện phép đo

- Đo trực tiếp: là cách đo mà kết quả nhận được trực tiếp từ một phép đo duy nhất

- Đo gián tiếp: là cách đo mà kết quả đo được suy ra từ sự phối hợp kết quả của nhiều phép đo dùng cách đo trực tiếp.

Đo hợp bộ là phương pháp đo lường tương tự như đo gián tiếp, nhưng với số lượng phép đo trực tiếp nhiều hơn Kết quả của phương pháp này thường được tính toán thông qua việc giải một phương trình hoặc hệ phương trình, trong đó các thông số đã biết được xác định từ các số liệu đo được.

Đo thống kê là phương pháp cần thiết để đảm bảo độ chính xác của phép đo, thường yêu cầu thực hiện nhiều lần đo Phương pháp này đặc biệt hiệu quả khi tín hiệu đo là ngẫu nhiên hoặc khi cần kiểm tra độ chính xác của một dụng cụ đo.

1.1.2 Sơ đồ cấu trúc thiết bị đo lường

1.1.2.1 Hệ thống đo lường biến đổi thẳng

Hình 1.3 Hệ thống đo lường biến đổi thẳng

Trong hệ thống đo biến đổi thẳng đại lượng vào x qua nhiều khâu biến đổi trung gian được biến thành đại lượng ra y

- Trong trường hợp quan hệ lượng vào và lượng ra là tuyến tính :

Nếu một thiết bị gồm nhiều khâu nối tiếp thì quan hệ giữa lượng vào và lượng ra có thể viết:

1.1.2.2 Hệ thống đo kiểu so sánh

Hình 1.4 Hệ thống đo kiểu so sánh

Sau đó yx được so sánh với đại lượng bù yk Ta có:

1.1.2.3 Phân loại phương pháp đo căn cứ vào điều kiện cân bằng a Phương pháp so sánh kiểu cân bằng

Hình 1.5 Phương pháp so sánh cân bằng b Phương pháp so sánh không cân bằng

Cũng giống như trường hợp trên song

Hình 1.6 Phương pháp so sánh không cân bằng

1.1.2.4 Phân loại phương pháp đo căn cứ vào cách tạo đại lượng bù a Phương pháp mã hoá thời gian

Hình 1.7 Phương pháp mã hoa thời gian

Tại thời điểm cân bằng

- Bộ ngưỡng: Để xác định điểm cân bằng của phép đo b Phương pháp mã hoá tần số xung

- Nội dung: yx = t.x C.n đại lượng bù yk = const

Hình 1.8 Phương pháp mã hoá tần số xung

Tại điểm cân bằng có: yx = x.tx = yk = const

Hình 1.9 Phương pháp mã hoá tần số xung c Phương pháp mã hoá số xung

Hình 1.10 Phương pháp mã hoá số xung

T = const, gọi là xung nhịp

Tại điểm cân bằng có: yx Nx.yo

1.1.3 Các đặc tính của thiết bị đo

1.1.3.1 Độ nhạy, độ chính xác và các sai số a Độ nhạy và ngưỡng độ nhạy

Phương trình của thiết bị đo: Y = S.x

- Độ nhạy S được định nghĩa:

- Ngưỡng độ nhạy ε: Là giá trị nhỏ nhất của lượng vào mà khi Δx < ε thì lượng ra không thể hiện được

- Khả năng phân ly của thiết bị: b Độ chính xác và các sai số của thiết bị đo

- Dùng thiết bị đo tiến hành đo nhiều lần 1 đại lượng mẫu xđ và thu được tập kết quả x1, x2, xn

- Sai lệch của kết quả phép đo so với xđ: δi = xi – xđ

Trong đó: xi là kết quả của lần đo thứ i, xđ là giá trị đúng của đại lượng đo, δi là sai lệch của lần đo thứ i

+ Sai số tuyệt đối: Δx = max|δi|

+ Sai số tương đối của phép đo: β = Δx/ x

+ Sai số tương đối của thiết bị đo: γ= Δx/ D

+ Sai số tương đối quy đổi γ %: γ % = (Δx/ D)100% γ % dùng để sắp xếp cấp chính xác thiết bị đo

Dụng cụ đo cơ điện:

1.1.3.2 Điện trở vào và tiêu thụ công suất của thiết bị đo

Thiết bị đo tiêu thụ 1 công suất nhất định, do đó gây ra sai số gọi là sai số phụ về phương pháp đo

Sai số này phải nhỏ hơn sai số cơ bản của thiết bị khi đo

Khi kết nối thiết bị đo với đối tượng đo, để có được đáp ứng chính xác, cần thu thập một lượng năng lượng tối thiểu từ đối tượng đó, điều này được gọi là tổn hao công suất.

- Các thiết bị đo cơ học: Sai số phụ chủ yếu do ma sát

- Với các thiết bị điện:

+ Trường hợp thiết bị đo mắc nối tiếp với tải:

RA: điện trở vào của TBĐ, RA càng nhỏ th sai số do tổn hao càng ít + Trường hợp thiết bị đo mắc // với tải:

Rv: điện trở vào của TBĐ, Rv càng lớn th sai số do tổn hao càng ít

1.1.3.3 Các đặc tính động của thiết bị đo

Biểu thức hàm truyền hay độ nhạy động của thiết bị đo là

- ĐTĐ của thiết bị đo là đồ thị của (1) với các dạng x(t)

+ Đặc tính quá độ: Ứng với tín hiệu vào x(t)=A.1(t-τ)

+ Đặc tính xung: Ứng với tín hiệu vào x(t) = A.δ(t- τ)

- Dải tần của dụng cụ đo: Là khoảng tần số của đại lượng vào để cho sai số không vượt quá giá trị cho phép

Thời gian ổn định của thiết bị đo là khoảng thời gian từ khi tín hiệu được đưa vào cho đến khi thiết bị đạt trạng thái ổn định và có thể cung cấp kết quả chính xác.

Các phương pháp đo dòng điện

- Trình bày được các phương pháp đo dòng điện

Cường độ dòng điện có thể được đo trực tiếp bằng Gavanô kế, nhưng phương pháp này cần phải ngắt mạch điện để lắp ampe kế vào.

Ampe kế là thiết bị dùng để đo cường độ dòng điện, được kết nối theo kiểu nối tiếp trong mạch điện Đối với các dòng điện rất nhỏ, thiết bị này được gọi là miliampe kế Tên gọi của ampe kế được đặt theo đơn vị đo cường độ dòng điện, đó là ampe.

Cường độ dòng điện có thể được đo mà không cần ngắt mạch bằng cách xác định từ trường do dòng điện tạo ra Các thiết bị đo này bao gồm đầu dò hiệu ứng Hall, kẹp dòng và cuộn Rogowski.

Các phương pháp đo dòng điện phổ biến gồm:

Phương pháp đo trực tiếp là cách sử dụng các dụng cụ như ampemét, mili ampemét và micrô ampemét để đo dòng điện Người dùng có thể đọc kết quả ngay trên thang chia độ của thiết bị đo, giúp đảm bảo tính chính xác và nhanh chóng trong quá trình đo lường.

Phương pháp đo gián tiếp cho phép xác định dòng điện bằng cách sử dụng vôn kế để đo điện áp rơi trên một điện trở mẫu, được mắc trong mạch có dòng điện cần đo Qua các phép tính, ta có thể tính toán được giá trị dòng điện cần xác định.

Phương pháp so sánh là kỹ thuật đo dòng điện bằng cách đối chiếu dòng điện cần đo với dòng điện mẫu Phương pháp này đảm bảo độ chính xác cao, vì khi đạt trạng thái cân bằng giữa dòng cần đo và dòng mẫu, kết quả sẽ được hiển thị rõ ràng trên thiết bị đo.

Các cơ cấu đo điện từ, từ điện và điện động có khả năng hoạt động với dòng điện DC, do đó chúng thường được sử dụng làm bộ chỉ thị cho ampe kế DC Để đo được các giá trị khác nhau, việc mở rộng tầm đo là cần thiết để phù hợp với yêu cầu sử dụng.

1.2.2 Đo dòng điện trung bình và lớn bằng các loại ampemet

1.2.2.1.1 Mở rộng tầm đo cho cơ cấu đo từ điện: dựa vào điện trở Rs

Hình 1.11: Cách mở rộng tầm đo cơ cấu đo từ điện

Rm điện trở nội của cơ cấu đo

Dòng điện đo: I = Im + Is

Trong đó: Im dòng điện đi qua cơ cấu đo

I s dòng điện đi qua điện trở shunt

Cách tính điện trở shunt Rs: max max

Imax dòng điện tối đa của cơ cấu đo

Ic dòng điện tối đa của tầm đo

Cho sơ đồ mạch hình 1.1, biết I max  50  A và Rm =1 K  và Ic =1mA, hãy tính Rs

Dựa vào sơ đồ mạch hình 1.1 với I max = 2.5 mA và Rm = 1 KΩ, trong trường hợp Ic = 0 mA, cần tính giá trị của R s Để mở rộng tầm đo cho ampe kế có nhiều tầm đo, ta sử dụng nhiều điện trở shunt, việc chuyển đổi tầm đo sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi điện trở shunt như minh họa trong hình 1.2.

Hình 1.12: Cách mở tầm rộng tầm đo dùng nhiều điện trở shunt

* Cách mở rộng tầm đo theo mạch Ayrton:

Để mở rộng tầm đo theo mạch Ayrton, ta có các điện trở shunt như sau: Tại điểm B, điện trở shunt được tính là Rsb = R1 + R2 + R3 Tại điểm C, điện trở shunt là Rsc = R1 + R2, trong khi điện trở R3 được nối tiếp với cơ cấu chỉ thị Cuối cùng, tại điểm D, điện trở shunt RsD = R1, còn R2 và R3 được nối tiếp với cơ cấu chỉ thị.

Để xác định giá trị các điện trở R1, R2 và R3 trong sơ đồ mạch Ayrton với Rm = 1 KΩ và Imax = 50 µA, ta cần biết rằng ở tầm đo B, dòng điện tối đa qua cơ cấu đo là 1 mA, ở tầm đo C là 10 mA và ở tầm đo D là 100 mA.

Giải Ở vị trí B: I max  50  A , Ic =1mA: Áp dụng công thức ta có:

R s (a) Ở vị trí C: I max  50  A , Ic mA:

Ap dụng công thức (7.1), ta có:

     (b) Ở vị trí D: I max  50  A , ID 0mA:

Ap dụng công thức ta có:

Giải 2 phương trình (a), (b) ta được:

Từ (1) suy ra giá trị R 2 = 4.737

1.2.2.1.2 Mở rộng tầm đo cho cơ cấu đo điện từ:

Thay đổi số vòng dây của cuộn dây cố định để điều chỉnh lực từ tác động lên lõi sắt của phần động không đổi khi có dòng điện chạy qua.

Cho F00[Ampe-vòng], tính số vòng cho 3 tầm đo có cường độ dòng điện lần lượt là: I1, I2Z và I3A

Giải Áp dụng công thức (7.2), ta có n 1 00 vòng n 2 = 60 vòng n 3 0 vòng

1.2.2.2 Mở rộng tầm đo cho cơ cấu đo điện động:

Hình 1.14: Cách mở rộng tầm đo cho cơ cấu đo điện động

Cuộn cố định có đặc điểm sợi to, ít vòng

Cuộn di động có đặc điểm sợi nhỏ, nhiều vòng

Mắc điện trở shunt song song với cuộn dây di động, cuộn dây cố định được mắc nối tiếp với cuộn di động

Cách xác định điện trở shunt tương tự như ampe kế kiểu cơ cấu đo từ điện đã nêu ở phần a)

Cả cơ cấu đo điện từ và cơ cấu đo điện động đều có khả năng hoạt động với dòng điện AC Tuy nhiên, cơ cấu đo từ điện yêu cầu phải chuyển đổi dòng điện AC thành dòng điện DC trước khi sử dụng.

1.2.2.3.2.Mạch chỉnh lưu bằng Diode:

Hình 1.15: Mạch chỉnh lưu bằng diode dùng trong cơ cấu đo từ điện

Dòng điện qua diode mắc nối tiếp với cơ cấu đo từ điện có giá trị trung bình được xác định bởi: hd m m m

Lưu ý: dòng điện AC có dạng hàm sin tuần hoàn

Nếu dòng điện AC có dạng bất kỳ thì i cl phụ thuộc vào dạng tần số của tín hiệu

Cuộn di động Cuộn cố định 2

1.2.2.3.3 Mạch chỉnh lưu bằng cầu diode:

Hình 1.16: Mạch chỉnh lưu bằng cầu diode dùng trong cơ cấu đo từ điện

Khi dùng cầu diode thì dòng điện AC được chỉnh lưu ở hai nữa chu kỳ và giá trị trung bình được xác định: hd m m m

1.2.2.3.4 Dùng phương pháp biến đổi nhiệt điện:

Phương pháp biến đổi nhiệt điện sử dụng một điện trở đốt nóng và một cặp nhiệt điện Điện trở này được làm nóng bởi dòng điện AC cần đo, từ đó tạo ra nhiệt lượng cho cặp nhiệt điện Nhiệt lượng này sẽ sinh ra điện áp DC, cung cấp cho cơ cấu đo từ điện.

Hình 1.17: Phương pháp biến đổi nhiệt điện

Phương pháp biến đổi nhiệt điện có đặc điểm là không phụ thuộc vào tần số và dạng tín hiệu, tuy nhiên, cần chú ý đến sự biến đổi nhiệt độ của môi trường.

KT hằng số đặc trưng của cặp nhiệt điện

R điện trở dây đốt nóng

I giá trị hiệu dụng của dòng điện cần đo i

Hình 1.18: Mở rộng tầm đo dùng cho cơ cấu đo điện từ

Diode mắc nối tiếp với cơ cấu đo từ điện, do đó dòng điện chỉnh lưu qua cơ cấu đo, dòng điện qua Rs là dòng AC

Im dòng điện qua cơ cấu đo

I mmax dòng điện cực đại

Imax dòng điện cực đại cho phép qua cơ cấu đo max max 0 318 2

Giá trị dòng điện hiệu dụng của dòng điện AC qua Rs:

I s  c  I c là dòng điện cần đo Điện trở Rs được xác định: s m D s I

Dựa vào sơ đồ mạch hình 1.9 với Rm = 1 KΩ và Imax = 50 μA, cần xác định giá trị các điện trở R1, R2, R3 Trong đó, tầm đo A cho dòng điện tối đa qua cơ cấu đo là 250 mA, tầm đo B là 500 mA, và tầm đo C là 750 mA Lưu ý sử dụng diode loại 1N4007 trong quá trình tính toán.

Hình 1.19: Mở rộng tầm đo dòng điện AC bằng cách dùng điện trở mắc song song

Diode loại 1N4007, chọn điện thế dẫn cho diode là UD=0.6V Áp dụng công thức (7.5), cho các tầm đo:

Tại tầm đo A, ISA = 250mA:

Tại tầm đo B, ISB = 500mA:

Tại tầm đo C, ISC u0mA:

1.2.2.3.6 Dùng phương pháp biến dòng:

Hình 1.20: Dùng phương pháp biến dòng

Nguyên tắc hoạt động của biến dòng dựa trên hiện tượng hổ cảm n1i1=n2i2 (7.6) i1 là dòng điện tải cần đo i2 là dòng điện qua cơ cấu đo.

Phương pháp đo điện áp

- Trình bày được các phương pháp đo điện áp

1.3.1 Đo điện áp trung bình và lớn bằng các loại volmet

Hình 1.21: Mạch đo điện áp DC Điện áp cần đo chuyển thành dòng điện đo đi qua cơ cấu chỉ thị

Các cơ cấu đo từ điện, điện từ và điện động được dùng làm volt kế đo

DC bằng cách nối thêm điện trở Rs để hạn dòng

Riêng đối với cơ cấu đo điện động cuộn dây cố định và cuộn dây di động được mắc nối tiếp

Để mở rộng tầm đo điện, người ta thường mắc nối tiếp thêm điện trở Rs, giúp tăng tổng trở vào và từ đó nâng cao tầm đo điện áp Độ nhạy của hệ thống được xác định bằng trị số  / V DC, phản ánh tổng trở vào cho mỗi tầm đo.

Volt kế có độ nhạy 20 K /V DC thì ở tầm đo 2.5V có tổng trở vào là bao nhiêu?

Cuộn di động Cuộn cố định 2

Tổng trở vào của Volt kế là Zv = 2.5V*20 K /VP K 

Lưu ý: nội trở Volt kế càng cao thì giá trị đo càng chính xác

Hình 1.23: Cách mở rộng tầm đo

Hình 1.24: Cách mở rộng tầm đo theo kiểu Ayrton

Cho sơ đồ mạch hình 1.13, biết Volt kế dùng cơ cấu từ điện có Rm=1 K  và I max  100  A Ở 3 tầm đo V1=2.5V, V2 V, và V3 = 50V Hãy tính các điện trở còn lại

Mà Rm = 1 K  nên R1$ K  Ở V2 V, ta có:       K 

Từ (d) và (e) suy ra R2 5 K  Ở V3PV, ta có:        K 

Lưu ý để Volt kế có độ chính xác càng cao nên chọn sai số

Volt kế dùng cơ cấu đo điện từ có cuộn dây cố định, dòng I max  50 mA và

R m =100 , tầm đo 0 300 V Xác định R nối tiếp với cơ cấu đo và công suất P

Mà Rm = 100  nên R=5.9 K  Công suất P: P  RI max 2  5 9000 * ( 50 10  3 ) 2  14 75 W

Để đo dòng điện xoay chiều (AC) bằng cơ cấu đo điện động và điện từ, cần mắc điện trở nối tiếp với cơ cấu đo tương tự như khi sử dụng Volt kế DC Điều này là cần thiết vì hai cơ cấu đo này hoạt động dựa trên giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều.

Riêng đối với cơ cấu đo từ điện thì phải dùng cầu chỉnh lưu diode hay bộ biến đổi nhiệt điện

*Mạch đo điện áp bằng cơ cấu đo từ điện:

Hình 1.25: Mạch đo điện áp AC bằng cơ cấu đo từ điện

D1 chỉnh lưu dòng điện AC ở nửa chu kỳ dương

D2 cho phép dòng điện ở nửa chu kỳ âm đi qua mà không ảnh hưởng đến cơ cấu đo, đồng thời ngăn chặn điện áp nghịch lớn xuất hiện trên D1 và cơ cấu đo khi đo điện áp AC có giá trị lớn Để xác định điện trở Rs nối tiếp trong phạm vi đo điện áp UAC, cần thực hiện các bước tính toán phù hợp.

Cho hình 1.16, Rm=1 K  và I max  50  A Hãy xác định giá trị điện trở R1,

Ở tầm đo C, điện áp tối đa là 5VAC; tầm đo B có điện áp tối đa là 10VAC; và tầm đo A cho phép điện áp tối đa là 20VAC Lưu ý rằng các diode sử dụng là loại 1N4007.

Hình 1.26: Mở rộng tầm đo điện áp AC dùng các điện trở mắc nối tiếp

Diode loại 1N4007, chọn điện thế dẫn cho diode là UD=0.6V Áp dụng công thức cho các tầm đo:

*Mạch đo điện áp AC dùng biến đổi nhiệt đổi:

Volt kế AC ghi giá trị hiệu dụng mặc dù áp dụng phương pháp chỉnh lưu trung bình Trong khi đó, volt kế AC sử dụng bộ biến đổi nhiệt điện được gọi là có giá trị hiệu dụng thực.

Volt kế AC sử dụng bộ biến đổi nhiệt điện không phụ thuộc tần số và dạng tín hiệu

Hình 1.27: Mạch đo điện áp AC dùng biến đổi nhiệt điện

Rt là điện trở nhiệt cần đo điện áp Các điện trở R1, R2 và R3 là các điện trở mở rộng tầm đo

1.3.2 Đo điện áp bằng các voltmet chỉ thị số

Vôn kế số hoạt động dựa trên nguyên lý của mạch số để đo điện áp tương tự Nó mang lại tất cả những ưu điểm của mạch điện tử số so với mạch điện tử tương tự.

Sau khi mạch suy giảm được chọn, tín hiệu vào sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số bởi bộ biến đổi tương tự - số (ADC) Khối ADC sử dụng kỹ thuật tích phân đơn sườn hoặc hai sườn dốc để thực hiện quá trình này Cơ bản, ADC so sánh tín hiệu vào với điện áp mẫu; khi điện áp vào lớn hơn điện áp mẫu, tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ là mức logic 1, mở cổng AND để cho phép các xung nhịp truyền qua Bộ đếm sẽ đếm các xung nhịp này, và khi điện áp vào bằng điện áp mẫu, tín hiệu ra của bộ so sánh sẽ trở về 0.

AND sẽ ngừng hoạt động và dừng quá trình đếm Giá trị của bộ đếm sẽ được ghi nhận, và các LED hoặc màn hình tinh thể lỏng sẽ hiển thị kết quả đo Mạch nguyên lý cơ bản sẽ kết hợp với chuyển mạch thang đo để đảm bảo tính chính xác trong quá trình đo lường.

Chuyển mạch thang đo cho phép chọn tín hiệu ra từ mạch phân áp với các trị số điện trở 9MΩ, 0,9MΩ và 0,1MΩ, nhằm tạo ra 1V cho các đầu vào 1V, 10V và 100V của tín hiệu cần đo Khi tín hiệu cần đo là 100V, tín hiệu vào bộ so sánh sẽ là 1V nhờ vào mạch phân áp, tương tự khi tín hiệu cần đo là 10V Do đó, bộ so sánh sẽ nhận Vin trong khoảng từ 0 đến 1V, bất kể điện áp thực tế cần đo Mức điện áp vào này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số để đếm và hiển thị.

Hình 1.28 Sơ đồ khối của vonmet số b) Đồng hồ đo số đa năng (DMM)

DMM, hay đồng hồ đo điện số, hoạt động chủ yếu như một voltmeter số Tất cả các thông số như điện trở, dòng điện và điện áp xoay chiều đều được chuyển đổi thành điện áp một chiều thông qua công tắc chọn chức năng đo.

Hình 1.29 Đồng hồ đo số đa năng

Các bộ phận của đồng hồ đo số đa năng (DMM)

Để đo điện trở, điện trở cần được chuyển đổi thành điện áp DC thông qua dòng chảy từ nguồn dòng hằng, ví dụ như 1mA, dẫn đến điện áp DC tỷ lệ trực tiếp theo mV Nếu điện trở là 1kΩ, điện áp sẽ là 1V Đối với đo dòng điện, dòng điện được chuyển đổi thành điện áp DC qua điện trở 1Ω, do đó điện áp sụt trên điện trở bằng dòng điện Đối với điện áp AC, cần chỉnh lưu trước khi đo như điện áp DC Việc định chuẩn DMM được kiểm tra bằng đo điện trở 0Ω qua ngắn mạch hai đầu que đo hoặc đo điện áp khi biết mức điện áp DC.

Bộ chỉ thị 3 chữ số ở DVM cho phép đo từ 0 đến 999mV với bước tăng nhỏ nhất là 1mV Việc thêm một chữ số (0 đến 9) trong nhóm 4 bit sẽ làm tăng giá thành, do đó, biện pháp tiết kiệm là sử dụng chỉ một bit (0 hoặc 1) Bit bổ sung này giúp DVM hiển thị giá trị lên đến 1999mV, mở rộng thang đo gấp đôi Khi chữ số thứ 4 chỉ có thể là 0 hoặc 1, thang đo được gọi là chữ số bốn phần (1/2), dẫn đến việc đồng hồ đo 3 chữ số Đồng hồ đo 4 chữ số có thể chỉ thị giá trị lên đến 19999mV.

Bằng cách bổ sung hai bit 11, chữ số tận cùng bên trái có thể đạt đến 3, cho phép đồng hồ đo 3 chữ số đọc được các giá trị từ 999 lên đến 1999, 2999 hoặc 3999 (tương ứng với 01, 10 và 11), qua đó tăng thang đo lớn nhất khoảng 4 lần Việc mở rộng thang đo này được gọi là đồng hồ đo 3 chữ số Đồng hồ đo 4 chữ số có khả năng chỉ thị lên đến 39999 Sự bổ sung này không chỉ nâng cao giới hạn chỉ số mà còn cải thiện độ chính xác của thiết bị.

Phương pháp đo điện trở

- Trình bày được các phương pháp đo điện trở

1.4.1 Đo điện trở bằng VOM chỉ thị kim

1.4.1.1.1 Sử dụng Ampe kế và Vôn kế

Dựa vào định luật Ohm ta xác định được

Có thể mắc theo một trong hai sơ đồ sau:

Ampe kế xác định I, Vôn kế xác định U

Giá trị thực của điện trở Rx là:

Bằng cách sử dụng các dụng cụ đo ta tính được giá trị của điện trở là:

Để đạt được độ chính xác cao trong phép đo, giá trị Rv cần phải lớn hơn nhiều so với Rx (Rv >> Rx) Sơ đồ này rất hiệu quả trong việc đo điện trở có giá trị nhỏ.

Ampe kế xác định Ix, Vôn kế xác định Uv

Kết quả đo cho ta giá trị điện trở R’x là:

Rõ ràng để R’x tiến tới giá trị của Rx thì RA càng nhỏ càng tốt (RA 1

+ Đồng thời, mạch tạo xung cũng được kích hoạt

Các hiện tượng sảy ra :

Cơ cấu chỉ thị

Cơ cấu đo kiểu từ điện

- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo kiểu từ điện

Hình 2.1 Có cấu chỉ thị từ điện

Cơ cấu chỉ thị từ điện gồm có hai phần cơ bản : Phần tĩnh và phần động

Hình thành mạch từ kín

Giữa cực từ 3 và lõi 4 có khe hở không khí

Khung dây 5 được quấn bằng dây đồng có đường kính 0,03 0,07mm

Khung dây được gắn vào trục ( hoặc dây căng, dây treo) quay và di chuyển trong khe hở không khí giữa cực từ 3 và lõi 4

Nam châm được chế tạo bằng các hợp kim Vonfram, alnicô, hợp kim crom… có trị số từ cảm từ 0,1 0,12 Tesla và từ 0,2  0,3 tesla

Khi có dòng điện chạy qua khung dây, dưới tác dụng của từ trường Nam châm vĩnh cửu, Khung dây lệch khỏi vị trí ban đầu một góc là 

Mô men quay được tính theo biểu thức: dα

We: Là năng lượng điện từ tỉ lệ với độ lớn của từ thông trong khe hở không khí và dòng điện chạy trong khung dây

B : là độ từ cảm của Nam châm vĩnh cửu

S : Là tiết diện khung dây

W: là số vòng của khung

 : Là góc lệch của khung khỏi vị trí ban đầu

Thay ( 2 ) và ( 3 ) vào ( 1 ) ta có : dα BSWI

M q  dW e  I  Ở vị trí cân bằng thì : M q  M c

Do B, S, W, D là hằng số nên góc lệch  tỷ lệ bậc nhất với dòng điện I

Từ biểu thức (*) ta thấy cơ cấu từ điện chỉ có thể đo được dòng điện một chiều, thang đo đều nhau, độ nhạy B.S.W

S I  1 là một hằng số không đổi

Cơ cấu từ điện dùng để chế tạo ampemet, vônmet, ômmet nhiều thang đo và có dải đo rộng, độ chính xác cao cấp (0,1 0,5 )

Cơ cấu đo kiểu điện từ

- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo kiểu điện từ

Hình 2.2 Có cấu đo kiểu điện từ

Cơ cấu chỉ thị từ điện được phân thành 2 loại: cuộn dây dẹt và cuộn dây tròn

Cuộn dây dẹt bao gồm một cuộn dây phẳng (phần tĩnh) với khe hở không khí bên trong, và lõi thép (phần động) được gắn trên trục Lõi thép này có khả năng quay tự do trong khe hở không khí, tạo ra hiệu ứng từ trường cần thiết cho hoạt động của thiết bị.

* Cuộn dây tròn : phần tĩnh là cuộn dây có mạch từ khép kín 1, bên trong bố trí tấm kim loại cố định 2, tấm động 3 gắn với trục quay

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây dẹt, nó sẽ tạo ra một nam châm điện, hút lõi 2 vào khe hở không khí và tạo ra mômen quay Mq.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây tròn, nó sẽ tạo ra một từ trường, từ đó làm từ hóa các tấm kim loại Hiện tượng này dẫn đến sự hình thành lực đẩy lẫn nhau giữa các tấm kim loại và xuất hiện mômen quay Mq.

L: là điện cảm cuộn dây I: là dòng điện chạy trong cuộn dây

 Khi ở vị trí cân bằng : M q  M c ta có

Góc quay  của cơ cấu không phụ thuộc vào chiều dòng điện, cho phép đo dòng điện một chiều và xoay chiều Tuy nhiên, thang đo không đều, tiêu thụ công suất lớn và độ chính xác không cao.

Cơ cấu chỉ điện từ được dùng chế tạo vônmet , ampemet trong mạch điện xoay chiều tần số công nghiệp với độ chính xác cấp 12.

Cơ cấu đo kiểu điện động

- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo kiểu điện động

Gồm hai phần tĩnh và động, xem hình 2.3

Hình 2.3: Cấu tạo cơ cấu điện động

Phần tĩnh của thiết bị bao gồm cuộn dây tĩnh, có nhiệm vụ tạo ra từ trường khi dòng điện chạy qua Thông thường, cuộn dây tĩnh được cấu tạo từ hai cuộn ghép lại, với một khe hở ở giữa để trục quay có thể đi qua.

Phần động của thiết bị bao gồm cuộn dây động được đặt bên trong cuộn dây tĩnh Cuộn dây này được gắn với trục quay, trên trục còn có lò xo phản, bộ phận cản dịu và kim chỉ thị.

Cơ cấu đo điện động hoạt động dựa trên nguyên lý tương tác giữa các lực điện từ của cuộn dây tĩnh và cuộn dây động Khi dòng điện chạy qua cuộn dây tĩnh, một từ trường được tạo ra, từ trường này tác động lên dòng điện trong cuộn dây động, sinh ra momen quay làm cho phần động quay một góc nhất định.

Ưu điểm: đo điện AC, DC với cấp chính xác cao.

Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

- Trình bày được cấu tạo, ký hiệu, nguyên lý hoạt động của cơ cấu đo kiểu cảm ứng

Hình 2.4 Cơ cấu đo kiểu cảm ứng

Phần tĩnh của hệ thống bao gồm các cuộn dây điện 2,3, được thiết kế để tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua Từ trường này sẽ móc vòng qua mạch từ và phần động, trong đó có ít nhất hai nam châm điện.

- Phần động: đĩa kim loại 1 (thường bằng nhôm) gắn vào trục 4 quay trên trụ 5

Khi hai dòng điện i1 và i2 cùng chạy vào các cuộn dây, dòng điện i1 tạo ra từ thông Ф1 xuyên qua đĩa nhôm L Từ thông Ф1 này sinh ra sức điện động e1, dẫn đến sự hình thành dòng điện xoáy ix1 chạy trên đĩa nhôm L.

Giả thiết mạch từ chưa bão hòa, đĩa nhôm là thuần trở:

Trên đĩa nhôm, hai dòng điện xoáy ix1 và ix2 tương tác với từ thông, tạo ra các mômen quay Mq1, Mq2, M12 và M21 Mij là mômen quay do từ thông Φi tác động lên ij.

Mômen quay tức thời do Φi tác dụng lên ij:

Bài 1 : Tính góc lệch  của cơ cấu chỉ thị từ điện khi biết B, S, W, I, D

Bài 2 : Tính góc lệch  của cơ cấu chỉ thị điện từ khi biết I, D và

Các thiết bị đo

Máy đo V.O.M

- Phân tích được sơ đồ nguyên lý mạch điện trong các máy đo VOM

- Sử dụng thành thạo, Khắc phục các sự cố hư hỏng trong các máy đo VOM

3.1.1 Đặc điểm cấu tạo của Đồng hồ vạn năng

3.1.1.1 Bộ phận chỉ thị a) Chỉ thị kim

Hình 3.1 Đồng hồ vạn năng hỉ thị kim

+ Cơ cấu chỉ thị từ điện

+ Thang chia độ Đặc điểm:

+ Đối với điện trở thang chia không đều

+ Đối với đo điện áp thang chia đều

+ Điện áp một chiều và xoay chiều được dùng chung một thang chia + Gặp sai số khi đọc kết quả b) Chỉ thị số

Hình 3.2 Đồng hồ vạn năng hỉ thị số

+ Cấu tạo từ màn hình tinh thể lỏng

+ Kết quả đo chính xác Không gặp sai số khi đọc kết quả

3.1.1.2 Cơ cấu chuyển thang đo

Hình 3.3 Cơ cấu chuyển thang đo

3.1.1.3 Đồng hồ vạn năng MOEL 1109:

Hình 3.4 Đồng hồ vạn năng MOEL 1109

3.1.2 Đo điện áp xoay chiều và một chiều

3.1.2.1 Đo điện áp xoay chiều a) Thang đo: Có 4 thang đo

- Thang 1000: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 1000V

- Thang 250: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 250V

- Thang 50: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 50V

- Thang 10: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 10V

Hình 3.5 Đo điện áp xoay chiều b) Cách đọc kết quả đo

- Với thang 1000: Lấy kết quả trên thang chia độ 250V nhân với 4 Ta được kết quả đo

- Với thang 250: Ta lấy trực tiếp kết quả trên thang chia độ 250V

- Với thang 50: Ta lấy trực tiếp kết quả trên thang chia độ 50V,

- Với thang 10: Ta lấy kết quả trên thang chia độ nhân với 0,4 Ta được kết quả đo

3.1.2.2 Đo điện áp một chiều a) Thang đo: Có 7 thang đo

Hình 3.6 Đo điện áp một chiều

- Thang 1000: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 1000V

- Thang 250: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 250V

- Thang 50: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 50V

- Thang 10: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 10V

- Thang đo 2,5: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 2,5V

- Thang đo 0,5: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 0,5V

- Thang đo 0,1: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 0,1V b) Cách đọc kết quả đo

- Với thang 1000: Lấy kết quả trên thang chia độ 250V nhân với 4 Ta được kết quả đo

- Với thang 250: Ta lấy trực tiếp kết quả trên thang chia độ 250V

- Với thang 50: Ta lấy trực tiếp kết quả trên thang chia độ 50V,

- Với thang 10: Ta lấy kết quả trên thang chia độ nhân với 0,4 Ta được kết quả đo

- Khi chưa biết giá trị điện áp tại điểm đo cần để đồng hồ ở thang đo cao nhất

- Xác định chiều điện áp cần đo đối với điện áp một chiều

- Chọn thang đo càng gần với giá trị đo càng tốt Giảm được nhiều sai số

- Không được cầm tay vào đầuhở của que đo

3.1.3 Đo dòng điện xoay chiều và một chiều

3.1.3.1 Đo dòng điện xoay chiều: a) Thang đo

- Có một thang đo AC15A

- Lúc này que đo màu đỏ được chuyển sang chốt cắm khác ở vị trí như hình vẽ

Hình 3.7 Đo dòng điện xoay chiều b) Cách đọc kết quả đo

- Với thang AC15A: Lấy kết quả trực tiếp trên thang chia độ AC15A

3.1.3.2 Đo dòng điện một chiều (DC.A) a) Thang đo: Có 4 thang đo

- Thang 250: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 250mA

- Thang 25: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 25mA

- Thang đo 2,5: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 2,5mA

- Thang đo 50: Giá trị lớn nhất có thể đo được là 50A

Hình 3.8 Đo dòng điện một chiều (DC.A) b) Cách đọc kết quả đo

- Với thang 250: Ta lấy trực tiếp kết quả trên thang chia độ 250 DC.V.A.( mA)

- Với thang 25: Ta lấy kết quả trên thang chia độ 250 DC.V.A chia cho

- Với thang 2,5: Ta lấy kết quả trên thang chia độ 250 DC.V.A chia cho

- Với thang 50A: Ta lấy kết quả trên thang chia độ 50 DC.V.A.( A)

- Khi chưa biết giá trị dòng điện tại đoạn mạch đo cần để đồng hồ ở thang đo cao nhất

- Xác định chiều dòng điện cần đo đối với dòng điện một chiều

- Chọn thang đo càng gần với giá trị đo càng tốt Giảm được nhiều sai số

- Thang x1: Đo được các điện trở nhỏ

- Thang x10:Đo được các điện trở < 2K

- Thang x1K: Đo được các điện trở < 200K

- Thang x10K: Đo được các điện trở < 2M

Hình 3.9 Thang đo điện trở

3.1.4.2 Cách đọc kết quả đo

- Thang x1: Kết quả trên thang chia độ được nhân với 1 Đơn vị tính 

- Thang x10: Kết quả trên thang chia độ được nhân với 10 ĐV tính 

- Thang x1K: Kết quả trên thang chia độ được nhân với 1K Đơn vị tính K 

- Thang x10K: Kết quả trên thang chia độ được nhân với 10K Đơn vị tính K 

- Đối với thang đo x1K và thang đo x10K Không được cầm 2 tay vào 2 đầu que đo

- Khi chưa biết giá trị điện trở cần để đồng hồ ở thang đo nhỏ nhất

- Chọn thang đo càng gần với giá trị đo càng tốt Giảm được nhiều sai số.

Dao động ký 1 tia

- Phân tích được sơ đồ mạch, Sử dụng, khắc phục các sự cố hư hỏng của máy dao động ký

Dao động ký điện tử một tia bao gồm ống phóng tia điện tử và mạch điện tử dễ điều khiển để đưa tín hiệu vào Thiết bị này được sử dụng để quan sát hình dạng tín hiệu một cách chính xác.

3.2.2 Cấu tạo và nguyên lý họat động:

Cấu tạo ống phóng tia điện tử

Hình 3.10 Cấu tạo ống phóng tia điện tử

3.2.3 Ống phóng tia điện tử (CRT: Cathode Ray Tube):

Tim đèn dùng để đốt nóng catot của CRT, điện thế đốt tim đèn là 6.3VAC

Catot K: ở bề mặt có phủ một lớp oxit kim loại khi tiếp thu nhiệt năng sẽ bức xạ điện tử (hiện tượng nhiệt phát xạ)

Lưới điều khiển là một thành phần hình dạng như cái ly, được làm bằng Nikel, với một lỗ cho phép chùm điện tử đi qua Lưới điện tử này bao quanh catot, và điện thế phân cực giữa catot và lưới tạo ra một điện trường điều khiển, cho phép các điện tử thoát ra khỏi lưới.

Khi điện thế giữa lưới và catot càng âm, số lượng điện tử thoát ra khỏi lưới sẽ giảm Tuy nhiên, khi VGK đạt đến trạng thái ngưng dẫn, chùm tia điện tử sẽ không thoát ra khỏi lưới.

Bản cực gia tốc A1 là thiết bị dùng để tăng cường gia tốc cho chùm tia điện tử Bản cực này có hình dạng trụ, với một đầu hở cho phép chùm tia điện tử đi vào, trong khi đầu còn lại kín chỉ có một lỗ nhỏ ở trung tâm để chùm tia tập trung đi qua.

Lăng kính A2 và A3 kết hợp với bản cực A1 để tạo thành hệ thống thấu kính điện tử Sự khác biệt về phân cực điện áp giữa các bản A1, A2 và A2, A3 gây ra lực tĩnh điện tác động lên các đường đẳng thế Sự thay đổi của các phân áp này làm biến đổi các đường đẳng thế, từ đó tạo ra độ hội tụ cho chùm tia điện tử.

Khi chùm tia điện tử đi qua bản lệch dọc hoặc bản lệch ngang, điện trường giữa hai bản này sẽ tác động lên chùm tia, khiến nó lệch theo chiều dọc và chiều ngang nhờ vào lực tĩnh điện Điều này khác với sự lệch chùm tia điện tử trong tivi, nơi sử dụng lực điện từ từ cuộn dây lệch Độ lệch của chùm tia điện tử theo chiều dọc hoặc ngang phụ thuộc vào điện áp giữa hai bản cực.

Giữa hai bản cực lệch dọc và lệch ngang của dao động ký, có một bản chắn nối mass được sử dụng để ngăn chặn sự ảnh hưởng của điện trường giữa hai bản này.

Màn hình huỳnh quang, hay còn gọi là màn hình CRT, có mặt trong được phủ một lớp phát quang, tạo ra ánh sáng khi chùm tia điện tử va chạm Tùy thuộc vào vật liệu của lớp phát quang, màu sắc ánh sáng phát ra sẽ khác nhau Ví dụ, Zn2SiO4 kết hợp với Mn tạo ra màu xanh lá cây, trong khi muối Sulfuric cadnium cho màu vàng.

Lớp than chì bao quanh ống cạnh màn hình giúp thu nhận các điện tử phát xạ thứ cấp, ngăn chặn điện thế âm tích tụ trên màn hình Để tăng tốc chùm tia điện tử và tạo ra hiệu ứng mạnh mẽ trên màn hình huỳnh quang, điện áp phân cực cho Anot được thiết lập ở mức rất cao, khoảng kilovolt.

Các vòng điện trở hình xoáy ốc bên ngoài được kết nối với mass giúp tích tụ điện tích, do điện trường mạnh giữa Catot và Anod bị trung hòa.

Các điện trở điều chỉnh R1 để điều chỉnh độ sáng, R2 để điều chỉnh tiêu cự của điểm sáng Điện áp trên A2 lớn gấp 46 lần trên A1

Nguồn cung cấp điện áp một chiều Anod khoảng vài KV cho lưới, catot và các mạch điện trong dao động ký Ống phóng tia điện tử là một bóng thủy tinh chân không, nơi chùm electron từ catot (K) bay về phía các anot (A1, A2, A3), làm tăng tốc độ và hướng chùm tia tới màn hình phủ chất huỳnh quang Khi chùm electron va chạm vào màn hình, nó phát sáng, tạo ra một điểm sáng mà người quan sát có thể nhìn thấy Điện cực điều khiển G có điện thế âm so với K, giúp chùm tia hội tụ.

Nếu đặt tín hiệu xoay chiều vào hai bản cực Y thì chùm electron chuyển động lên xuống và sẽ nhìn thấy trên màn hình đường thẳng đứng

Nếu đặt tín hiệu xoay chiều vào hai bản cực X thì chùm electron chuyển động qua bên trái phải và sẽ nhìn thấy trên màn hình đường nằm ngang

Khi đặt tín hiệu xoay chiều vào hai cực X và Y, màn hình sẽ hiển thị một đường cong khép kín Hình dạng của đường cong này phụ thuộc vào độ lệch pha và tỉ số tần số giữa hai tín hiệu Điện áp cần đo được đưa vào cực Y, trong khi cực X nhận tín hiệu quét tùy theo mục đích của phép đo.

Hình 3.11 Tín hiệu quét ngang

Chùm electron di chuyển theo chiều thẳng đứng phụ thuộc vào sự thay đổi của tín hiệu đầu vào Khi không có tác động kéo ngang, chỉ xuất hiện một vạch thẳng đứng duy nhất Để tạo ra tín hiệu nằm ngang, người ta sử dụng tín hiệu quét ngang, được tạo ra bởi một tín hiệu gốc thời gian đặt vào hai bản cực X, với dạng xung hình răng cưa Nếu tần số của tín hiệu quét nhỏ hơn n lần tần số của tín hiệu cần quan sát, sẽ có n chu kỳ tín hiệu quan sát được.

Khi tỉ số các tần số là bội số của hai số nguyên, màn hình huỳnh quang sẽ hiển thị một đường cong đứng yên Ngược lại, nếu không đồng bộ, đường cong sẽ chuyển động và không thể quan sát rõ Do đó, việc đồng bộ giữa tín hiệu vào và tín hiệu quét là cần thiết Để đạt được sự đồng bộ này, cần điều chỉnh tần số quét bằng núm điều khiển TIME/DIV cho đến khi hình ảnh trên màn hình huỳnh quang ổn định.

3.2.5 Sơ đồ khối dao động ký một tia:

Tín hiệu Y được đưa vào thông qua phân áp vào bộ khuếch đại Y và được truyền trực tiếp ra hai bản cực Y Nếu tín hiệu đủ mạnh, quá trình khuếch đại có thể không cần thiết.

Dao động ký 2 tia

Phân tích được sơ đồ mạch, Sử dụng, khắc phục các sự cố hư hỏng của máy dao động ký 2 tia

Dao động ký hai tia có cấu tạo tương tự như dao động ký một tia Để tạo ra hai tia trong dao động ký hai tia, có thể sử dụng hai nguồn riêng biệt.

Hình 3.13 Dao động ký 2 tia dùng hai nguồn riêng biệt b) Dùng chung một nguồn

Hình 3.14 Dao động ký 2 tia dùng chung một nguồn

Sử dụng hai chùm tia điện tử từ hai nguồn phát riêng biệt cho phép điều khiển độc lập từng tia Bản cực X là bộ phận chung duy nhất kết nối hai tia với các bản cực A và B.

- Dùng 1 chùm tia điện tử từ 1 nguồn phát chung và việc điều khiển tia này sẽ lái 2 tia tín hiệu về 2 bản cực A và B

Với dao động ký 2 tia, người dùng có thể quan sát đồng thời hai tín hiệu khác nhau, cho phép so sánh các dạng sóng về biên độ, pha và chu kỳ Nhờ vào việc điều khiển độc lập các nút ở 2 kênh A và B, người dùng có khả năng tùy chỉnh các tia theo ý muốn.

Máy phát sóng

- Phân tích được sơ đồ mạch điện máy phát sóng

3.4.1 Khái niệm chung về thiết bị phát tín hiệu:

Máy phát tín hiệu đo lường cung cấp nguồn tín hiệu chuẩn ổn định với các thông số đã được xác định, bao gồm biên độ, tần số và dạng sóng tín hiệu.

Máy phát tín hiệu đo lường chính xác và ổn định, cho phép điều chỉnh các thông số tín hiệu ra Thiết bị này thường được sử dụng để hiệu chỉnh các thiết bị đo, tín hiệu vô tuyến điện tử, thiết bị tự động và máy tính, cũng như khắc phục độ sai số của dụng cụ đo.

Máy phát tín hiệu đo lường có khả năng vẽ đặc tính biên độ, biên độ-tần số và đặc tính quá độ của mạng 4 cực, đồng thời xác định hệ số đường truyền và độ méo Ngoài ra, thiết bị này còn được sử dụng làm nguồn cung cấp cho các mạch đo kiểu cộng hưởng và kiểu cầu xoay chiều.

Máy phát tín hiệu đo lường có thể phân thành 3 loại:

*Theo khoảng tần số của tín hiệu ra:

+ Máy phát tín hiệu tần số thấp < 20Hz tai người khó có thể nghe được + Máy phát tín hiệu tần số thấp từ 20Hz đến 200KHz:

Máy phát âm tần: 20Hz đến 20KHz khoảng tần số này tai người nghe được

Máy phát siêu âm: 20KHz đến 200KHz

+ Máy phát tần số cao: 200KHz đến 30MHz

+ Máy phát siêu cao tần: 30MHz đến 10GHz

+ Máy phát cực cao tần: >10GHz

*Theo dạng của tín hiệu ra:

+ Máy phát sóng hình sin

+ Máy phát dạng sóng đặc biệt (xung tam giác, xung răng cưa, xung hình nấc thang, …)

+ Máy phát có tần số thay đổi

*Theo dạng của điều chế:

+ Máy phát sóng hình sin với điều chế biên độ (AM)

+ Máy phát sóng hình sin với điều chế tần số (FM)

+ Máy phát xung với điều chế độ rộng xung, tần số xung và pha xung

+ Máy phát xung với điều chế tổng hợp (cùng một lúc thực hiện nhiều dạng điều chế)

*Đặc trưng máy phát tín hiệu:

+ Khoảng tần số mà máy phát ra, như máy phát từ 1Hz đến 1MHz + Độ chính xác của việc đặt tần số

+ Độ ổn định của tần số phát ra về thời gian, tần số, biên độ và dạng sóng + Độ méo tín hiệu

+ Sự phụ thuộc của các thông số tín hiệu vào phụ tải và giới hạn hiệu chỉnh

3.4.2 Máy phát tín hiệu tần số thấp

Máy phát tín hiệu tần số thấp cho phép điều chỉnh tần số nhảy từ 20Hz đến 200KHz, với biên độ dao động từ 1mV đến 150V và công suất tối đa từ 1mW đến 10W.

Độ méo phi tuyến của tín hiệu ra được xác định qua hệ số sóng hài, phản ánh mức độ biến dạng của tín hiệu Độ méo này được tính bằng tỉ số giữa căn bậc hai của tổng tất cả bình phương sóng hài, cho thấy mức độ ảnh hưởng của các sóng hài đến chất lượng tín hiệu.

- Dải tần số phát ra được đặt trưng bởi hệ số phủ sóng Kp, là tỉ số của tần số cực đại và cực tiểu min max f

Độ ổn định tần số của máy phát được xác định bằng tỷ lệ giữa sự thay đổi tuyệt đối của tần số (Δf) và tần số ban đầu khi máy phát hoạt động trong điều kiện ổn định.

Tần số f1 của máy phát sẽ thay đổi đột ngột khi có tác động từ bên ngoài, trong khi f0 là tần số ban đầu Độ chính xác trong việc điều chỉnh tần số phụ thuộc vào chất lượng của bảng khắc độ và cơ cấu hiệu chỉnh.

3.4.2.2 Sơ đồ khối của máy phát tín hiệu đo lường:

Hình 3.15 Sơ đồ khối máy phát tín hiệu đo lường

Máy phát gốc là thiết bị tạo ra tín hiệu hình sin với biên độ và tần số ổn định, quyết định hình dáng và đặc tính tuần hoàn của tín hiệu đầu ra Các loại máy phát gốc phổ biến bao gồm máy phát LC, máy phát trộn tần và máy phát RC.

Bộ khuếch đại ra dùng để khuếch đại tín hiệu của máy phát gốc và nâng cao công suất ở đầu ra của máy phát

Bộ phận đầu ra của máy phát bao gồm bộ phân áp và biến áp, có chức năng điều chỉnh và kiểm tra biên độ đầu ra Mục tiêu là đảm bảo khi tải được kết nối, máy phát hoạt động với công suất tối đa và độ méo phi tuyến ở mức thấp nhất.

Trong máy phát LC tần số của mạch dao động được xác định bởi điện dung C và điện cảm L ở chế độ tự kích của khung dao động

Nhược điểm: khung dao động có kích thước lớn và rất khó hiệu chỉnh

Chẳng hạn, để tạo được máy phát có f Hz đến 20KHz, tức là Kp 3 cần phải có điện dung và điện cảm lớn

Máy phát LC ít thông dụng chỉ chế tạo máy phát có dãi tần hẹp hoặc một số giá trị tần số cố định

Hình 3.16 Sơ đồ mạch máy phát LC

3.4.2.4.Máy phát trộn tần số

Máy phát gốc bao gồm hai máy phát LC cao tần có tần số f gần giống nhau, một bộ trộn tần và một bộ lọc thấp tần Máy phát tần số cố định phát ra tần số f1, trong khi máy phát tần số hiệu chỉnh phát ra tần số f2 Điện áp từ cả hai máy phát được đưa qua mạch lặp lại emitter và sau đó đến bộ trộn tần, tạo ra hỗn hợp tần số ±mf1.

Bộ lọc cho phép tín hiệu với hiệu tần số f = f2 - f1 đi qua, sau đó tín hiệu này được khuếch đại và phân áp để đưa ra đầu ra Trước khi phân áp, volt kế được kết nối để đo mức điện áp đầu ra.

Các giá trị f1, f2 được chọn sao cho hiệu tần số f nằm trong dải tần số thấp, chẳng hạn, f10KHz, f20200KHz thì  f  0  20 KHz

Máy phát trộn tần có nhược điểm là mạch phức tạp và kém ổn định Tuy nhiên, nó vẫn được sử dụng trong kiểm tra và đo lường do điện áp ra không phụ thuộc vào tần số Tần số có thể được điều chỉnh liên tục thông qua việc thay đổi điện dung của tụ xoay trong máy phát hiệu chỉnh.

Hình 3 17 Sơ đồ khối máy phát trộn tần số

Hình 3.18 Máy phát trộn tần RC

Máy phát gốc là một bộ khuếch đại hai tầng sử dụng phản hồi dương tần số thông qua mạch RC, trong đó sự di pha được tạo ra nhờ sự kết hợp giữa các điện trở và tụ điện.

R1C1 và R2C2 theo sơ đồ cầu bảo đảm tự kích ở một tần số xác định

Mạch phản hồi âm sử dụng điện trở nhiệt R3 với hệ số nhiệt điện trở âm và điện trở R4 để tạo ra điện áp phản hồi âm Khi điện áp ra tăng, dao động trong mạch phản hồi âm cũng tăng, dẫn đến việc giảm điện trở nhiệt.

R3 tăng điện áp rơi trên R4, tạo ra phản hồi âm, giúp giảm điện áp ra đến mức định mức và ổn định điện áp đầu ra của máy phát.

3.4.3.1 Đặc tính máy phát xung