(NB) Giáo trình Thực hành Đo lường điện tử là môn học bắt buộc, sau khi học xong “đo lường điện tử” phải biết sử dụng thành thạo các dụng cụ đo và thiết bị đo điện tử quan trọng nhất trong thực nghiệm vật lý. Có được kỹ năng phân tích và thiết kế các mạch đo đơn giản, từ đó có cơ sở để phân tích và thiết kế các mạch đo và các hệ thống đo lường phức tạp. Người học có thể ứng dụng để kiểm tra, đo đạt các thông số, thiết bị trong mạch điện, các tín hiệu của dạng sóng - xung trong mạch và các động cơ điện AC 1 pha, AC 3 pha, động cơ điện một chiều...
Khái niệm và ý nghĩa của đo lường
Khái niệm
Đo lường là khái niệm rộng, bao gồm mọi phương pháp nắm bắt đặc tính của đối tượng Đo lường điện là một phần trong khái niệm này, bao gồm quá trình thu nhận và biến đổi đại lượng cần đo thành tín hiệu điện, sau đó xử lý để phù hợp với quan sát hoặc điều khiển.
Đo lường là bước đầu tiên và quyết định trong quá trình điều khiển, vì chỉ khi kết quả đo chính xác thì điều khiển mới có thể đạt được độ chính xác cao Do đó, việc đo lường không chỉ cần đầy đủ mà còn phải đúng các đặc tính của đối tượng Trong lĩnh vực điều khiển, đo lường điện có những đặc điểm riêng biệt, khác với các lĩnh vực khác Để xác định thông số của một đối tượng, ta có thể thực hiện đo trực tiếp và đọc giá trị trên thiết bị đo Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc đo trực tiếp không khả thi, buộc ta phải đo gián tiếp thông qua các thông số trung gian và sử dụng công thức toán học để tính toán đại lượng cần tìm.
Ý nghĩa của đo lường
Đo lường, đặc biệt là đo lường điện, đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống con người Để kiểm soát và điều khiển bất kỳ đối tượng nào, con người cần nắm rõ và chính xác các thông số liên quan, điều này chỉ có thể đạt được thông qua quá trình đo lường.
Phân loại các đại lượng đo lường
Trong lĩnh vực đo lường điện, các đại lượng được phân chia thành hai loại cơ bản: đại lượng điện và đại lượng không điện Đại lượng điện là những thông số liên quan trực tiếp đến các hiện tượng điện, trong khi đại lượng không điện bao gồm các thông số không liên quan đến điện.
Gồm hai loại: Đại lượng điện tác động (active):
Các đại lượng điện như điện áp, dòng điện và công suất đều mang năng lượng điện Khi tiến hành đo các đại lượng này, năng lượng của chúng sẽ cung cấp cho mạch đo.
Chúng ta không cần cung cấp năng lượng bên ngoài cho mạch đo Nếu năng lượng từ đối tượng cần đo quá lớn, cần giảm nhỏ để tránh hư hỏng mạch Ngược lại, nếu năng lượng quá nhỏ, cần khuyếch đại trước khi đưa vào mạch đo Đại lượng điện thụ động (passive) là khái niệm quan trọng trong quá trình này.
Các đại lượng không mang năng lượng điện như điện trở, điện dung, điện cảm và hỗ cảm cần được đo bằng cách cung cấp năng lượng cho mạch đo thông qua pin hoặc nguồn điện ngoài Quan trọng là trong suốt quá trình đo, năng lượng cung cấp phải được đảm bảo ổn định và liên tục.
Con người luôn có nhu cầu kiểm soát các yếu tố xung quanh như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, độ pH và nồng độ Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện nay, việc điều khiển không chỉ đơn giản bằng tay mà còn phải thông qua máy móc và tín hiệu điện Để thực hiện điều này, cần chuyển đổi các đại lượng không điện thành đại lượng điện, sau đó đưa vào mạch điện để xử lý Quá trình chuyển đổi này được thực hiện nhờ cảm biến (sensor) hoặc bộ chuyển đổi (transducer), với nguyên tắc cơ bản là phản ánh trung thực sự thay đổi của đại lượng không điện tại ngõ vào.
Chức năng và đặc tính thiết bị đo lường
Chức năng thiết bị đo lường
Hầu hết các thiết bị đo đều có chức năng hiển thị kết quả của đại lượng đang khảo sát, cho phép người dùng theo dõi quá trình đo lường Bên cạnh đó, kết quả đo có thể được ghi lại liên tục hoặc sử dụng như tín hiệu điều khiển cho các đại lượng khác theo yêu cầu, góp phần vào việc giám sát quá trình hiệu quả.
Đặc tính thiết bị đo lường
Mỗi loại thiết bị đo có các đặc tính riêng nhằm phân biệt với thiết bị đo khác
Thiết bị đo có một số đặc tính quan trọng như nguyên lý đo, phương pháp hiển thị kết quả, tính chất của mạch giao tiếp ngõ vào và khả năng xử lý kết quả.
Phân loại các phương pháp đo lường
Sơ đồ tổng quát hệ thống đo lường
Đại lượng cần đo: Là các thông số, tính chất của đối tượng cần đo, chúng có thể tồn tại dưới dạng điện hoặc không điện
Cảm biến là một linh kiện quan trọng có chức năng chuyển đổi các đại lượng cần đo thành đại lượng điện, giúp truyền tải thông tin đến các khối xử lý tiếp theo.
Mạch đo là hệ thống bao gồm các bộ phận giao tiếp, khuếch đại và chuyển đổi, nhằm biến đổi tín hiệu điện đầu vào thành dạng phù hợp cho các khối hiển thị, lưu trữ và điều khiển.
Hiển thị, lưu trữ và điều khiển là các chức năng quan trọng trong hệ thống đo lường, giúp người vận hành theo dõi và nhận diện giá trị của đại lượng đang được đo Ngoài ra, hệ thống còn cho phép lưu trữ dữ liệu để xử lý sau này và tự động điều khiển các thiết bị khác.
Sự chuân hóa trong đo lường
4.2.1 Ý nghĩa của sự chuẩn hóa:
Mục đích của việc đo lường là thu thập các thông số chính xác của đối tượng cần đo Để đạt được điều này, con người không thể chỉ dựa vào các giác quan mà cần sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng.
Thiết bị đo được sản xuất và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt bởi nhà chế tạo trước khi xuất xưởng Tuy nhiên, trong quá trình vận chuyển đến tay người sử dụng, thiết bị có thể bị ảnh hưởng bởi các tác động bên ngoài, dẫn đến giảm chất lượng và độ chính xác.
Người sử dụng luôn mong muốn thiết bị có độ chính xác cao, tuy nhiên, độ chính xác càng cao thì cấu tạo thiết bị càng phức tạp và giá thành càng đắt Do đó, người sử dụng cần xác định mức độ chính xác phù hợp với yêu cầu công việc để tiết kiệm chi phí và thời gian, đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng Để đánh giá chất lượng thiết bị một cách khách quan, các Trung tâm kiểm định được thành lập nhằm cấp giấy chứng nhận chất lượng Việc kiểm định chất lượng thông qua chuẩn hóa (Calibration) là cần thiết trước khi đưa thiết bị vào sử dụng.
Tùy thuộc vào công việc cụ thể, thiết bị cần đạt được cấp chính xác tương ứng, do đó cần có nhiều cấp chuẩn hóa khác nhau để kiểm định chất lượng thiết bị Việc phân cấp này không chỉ đảm bảo tính chính xác mà còn giúp tiết kiệm chi phí và thời gian cho các bên liên quan.
Việc chuẩn hóa một thiết bị được xác định theo 1 trong 4 cấp sau:
Cấp 1: Chuẩn quốc tế (International Standard)
Các thiết bị đo lường đạt tiêu chuẩn quốc tế được xác định tại Trung tâm đo lường quốc tế ở Paris, Pháp Những thiết bị này, được phân loại là chuẩn hóa cấp 1, sẽ được đánh giá và kiểm tra định kỳ dựa trên trị số đo tuyệt đối của các đơn vị cơ bản vật lý, theo quy định của hội nghị quốc tế về đo lường.
Cấp 2: Chuẩn quốc gia (National Standard)
Các thiết bị đo lường tại các Viện định chuẩn quốc gia trên toàn thế giới đều được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn quốc tế Việc định chuẩn các thiết bị này đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong các phép đo.
Viện định chuẩn quốc gia thì mang chuẩn quốc gia
Cấp 3: Chuẩn khu vực (Zone Standard)
Trong một quốc gia, có thể tồn tại nhiều Trung tâm định chuẩn cho từng khu vực, với các thiết bị đo lường tại đây phải tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia Những thiết bị được định chuẩn tại các Trung tâm này sẽ đạt tiêu chuẩn khu vực tương ứng.
Cấp 4: Chuẩn phòng thí nghiệm (Lab Standard)
Trong các khu vực chuẩn hóa, sẽ có những phòng thí nghiệm được công nhận để tiến hành chuẩn hóa thiết bị trong sản xuất công nghiệp Các thiết bị được chuẩn hóa tại những phòng thí nghiệm này sẽ đạt tiêu chuẩn chất lượng.
Do đó các thiết bị đo lường khi được sản xuất ra được định chuẩn tại cấp nào thì sẽ mang chất lượng tiêu chuẩn đo lường cấp đó
Sau khi thiết bị được định chuẩn và đưa vào sử dụng, cần phải kiểm định và cấp giấy chứng nhận chất lượng sau một thời gian nhất định Điều này có nghĩa là giấy chứng nhận chất lượng chỉ có giá trị trong một khoảng thời gian nhất định.
1 Đo lường điện đóng vai trò như thế nào trong hệ thống điều khiển tự động?
2 Hãy phân biệt giữa đại lượng điện và đại lượng không điện? Việc đo lường những đại lượng này có điểm gì khác nhau?
3 Hãy phân biệt giữa phương pháp đo gián tiếp và phương pháp đo trực tiếp?
4 Trình bày ý nghĩa của các thành phần trong sơ đồ tổng quát của hệ thống đo lường?
5 Tại sao các thiết bị đo lường cần được chuẩn hóa trước khi đưa vào sử dụng? Trình bày các cấp chuẩn hóa?
BÀI 2: SAI SỐ TRONG ĐO LƯỜNG
Bài MĐ09-02: Đại cương về đo lường
Khi một phép đo không phản ánh chính xác giá trị thực của đại lượng cần đo, nó được coi là mắc sai số Tất cả các phép đo đều chứa sai số, bất kể thiết bị đo có chất lượng cao đến đâu Mức độ sai số có thể khác nhau, từ lớn đến nhỏ Bài viết này sẽ trình bày khái niệm về sai số, phân loại các loại sai số và phương pháp giảm thiểu sai số trong phép đo để đạt được độ chính xác cao nhất.
- Trình bày được các sai số trong kỹ thuật đo lường, nguyên nhân và biện pháp phòng tránh giảm sai số trong đo lường
- Có ý thức trách nhiệm và bảo quản thiết bị dụng cụ
Sai số trong đo lường
Độ chênh lệch giữa kết quả đo và giá trị thực của đại lượng đo là một yếu tố quan trọng trong quá trình đo lường Sự khác biệt này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như thiết bị đo, phương thức đo và người thực hiện phép đo.
- Nguyên nhân gây sai số
Không có phép đo nào hoàn toàn chính xác mà không có sai số Để hạn chế sai số trong kết quả đo, cần chọn phương pháp phù hợp và thực hiện thao tác một cách cẩn thận, thành thạo Sai số có thể được phân loại thành hai nhóm chính: nguyên nhân khách quan và chủ quan Nguyên nhân khách quan bao gồm các yếu tố như dụng cụ đo không hoàn hảo và sự can nhiễu của đại lượng đo Trong khi đó, nguyên nhân chủ quan thường liên quan đến việc thiếu thành thạo trong thao tác và phương pháp đo không hợp lý.
Do những nguyên nhân này, chúng ta không thể loại trừ hoàn toàn sai số trong phép đo, vì vậy kết quả chỉ mang tính chất gần đúng Bên cạnh việc nỗ lực giảm thiểu sai số đến mức thấp nhất, việc đánh giá mức độ sai số trong kết quả đo cũng rất cần thiết.
Mỗi thiết bị đo có khả năng cung cấp độ chính xác cao, tuy nhiên, vẫn có thể xảy ra sai số do hạn chế của thiết bị, ảnh hưởng của môi trường và sai số do người đo trong quá trình thu thập dữ liệu Các loại sai số này được phân loại thành ba dạng chính: sai số chủ quan (hay sai số thô), sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên.
2.1.1 Sai số chủ quan (Các sai số thô): có thể quy cho giới hạn của các thiết bị đo hoặc là các sai số đo người đo
Giới hạn của thiết bị đo, như voltmeter có độ nhạy kém, có thể gây ra ảnh hưởng quá tải, dẫn đến việc rẽ dòng đáng kể từ mạch cần đo Kết quả là, voltmeter này sẽ làm giảm mức điện áp chính xác, ảnh hưởng đến độ tin cậy của phép đo.
2.1.2 Sai số hệ thống: Sai lệch có cùng dạng, không thay đổi được gọi là sai số hệ thống
Khi sử dụng thước 20m để đo một đoạn thẳng, nếu chiều dài thực tế của thước là 20,001m, thì kết quả đo sẽ chứa sai số 1mm Sai số này được gọi là sai số hệ thống.
- Có hai loại sai số: Sai số của thiết bị đo và sai số do môi trường đo
Sai số của thiết bị đo phát sinh từ ma sát ở các bộ phận chuyển động hoặc ứng suất không đồng đều của lò xo trong cơ cấu đo Chẳng hạn, kim chỉ thị có thể không về mức 0 khi không có dòng chảy qua đồng hồ Ngoài ra, các sai số khác có thể do đo chuẩn sai, dao động của nguồn cung cấp, nối đất không chính xác, và sự lão hóa của linh kiện.
Sai số hiển thị trong các thiết bị đo kỹ thuật số tương tự như sai số đọc, nhưng nguyên nhân không phải do mắt mà do cách hiển thị của thiết bị Các giá trị hiển thị trên màn hình thường chỉ là các giá trị gián đoạn, ví dụ như card chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số với 8 bits, chỉ có thể hiển thị 256 mức khác nhau Nếu kết quả đo không trùng với các mức này, nó sẽ được làm tròn Hơn nữa, khi đại lượng cần đo dao động lớn hơn khoảng cách giữa hai mức tín hiệu số, người sử dụng sẽ thấy các con số hiển thị thay đổi liên tục và việc chọn giá trị nào sẽ phụ thuộc vào quyết định của họ.
Sai số do môi trường đo là kết quả của các điều kiện bên ngoài ảnh hưởng đến thiết bị trong quá trình đo Biến thiên về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và từ trường có thể làm thay đổi các thông số như độ dẫn điện, độ rò, độ cách điện, điện cảm và điện dung Ngoài ra, sự biến thiên từ tính có thể ảnh hưởng đến mô men quay Để có được các phép đo chính xác, cần che chắn tối đa các dụng cụ và sử dụng các màn chắn từ trường Những ảnh hưởng này cũng có thể gây ra độ dịch chuyển nhỏ trong kết quả do sự thay đổi nhẹ về dòng điện.
2.1.3 Sai số ngẫu nhiên: Giả sử thước có vạch chia nhỏ nhất đến 1mm, thì sai số dọc thước ở phần ước lượng nhỏ hơn mm là sai số ngẫu nhiên
Sai số ngẫu nhiên là những sai số không xác định, ảnh hưởng đến kết quả đo đạc một cách không rõ ràng Chúng có thể xuất hiện với nhiều mức độ và đặc điểm khác nhau, khiến ta không thể dự đoán trước trị số và dấu hiệu của chúng.
Sai số ngẫu nhiên là những sai lệch không mong muốn, chủ yếu do các yếu tố bên ngoài gây ra, và khó có thể khắc phục hoàn toàn Tuy nhiên, chúng ta có thể tìm cách hạn chế ảnh hưởng của sai số này Đặc điểm của sai số ngẫu nhiên là trị số và dấu của nó xuất hiện một cách ngẫu nhiên, nhưng trong cùng một điều kiện đo cụ thể, sai số ngẫu nhiên sẽ tuân theo những quy luật nhất định.
Đặc tính giới hạn: Trong những điều kiện đo đạc cụ thể, trị tuyệt đối của sai số ngẫu nhiên không vượt quá một giới hạn nhất định
Đặc tính tập trung: Sai số ngẫu nhiên có trị tuyệt đối càng nhỏ, thì có khả năng xuất hiện càng nhiều
Đặc tính đối xứng: Sai số ngẫu nhiên dương và âm với trị số tuyệt đối bé có số lần xuất hiện gần bằng nhau
Đặc tính bù trừ cho thấy rằng khi số lần đo đạt đến vô cùng, trung bình cộng của các sai số đo đạc ngẫu nhiên của cùng một đại lượng sẽ tiến gần tới không Điều này có thể được biểu diễn bằng giới hạn: lim (1/n) * Σ (sai số đo) khi n tiến tới vô cùng.
- Ngoài các sai số trên để đánh giá sai số của dụng cụ khi đo một đại lượng nào đó người ta còn phân loại
- Sai số tuyệt đối:là hiệu giữa giá trị đại lượng đo Y n và giá trị thực X n e = Y n - X n
- Sai số tương đối (tính theo %): r | n n | 100% (2.5) n
Trong đó: er - sai số tương đối, Yn - giá trị đại lượng đo; Xn - giá trị thực (trị số đo được)
- Độ chính xác tính theo %: a = 100% – e r = (A×100%) (2.6)
Thị sai
Thị sai là trạng thái khi chỉ có một điểm xác định đường thẳng từ mắt đến thang đo, điểm này là đầu kim hoặc đầu nhọn của thước đo, tùy thuộc vào vị trí nhìn Sự khác biệt trong việc đọc số không phải do dụng cụ, mà do vị trí của mắt so với mũi nhọn của kim đo Những nhầm lẫn này thường xảy ra khi kim nằm giữa hai vạch chia.
Nhiệm vụ của người quan sát khi thực hiện phép đo:
Trước khi tiến hành đo, cần nắm rõ phương pháp đo và hiểu biết về thiết bị đo đang sử dụng Việc kiểm tra điều kiện đo và đánh giá khoảng đo là rất quan trọng để lựa chọn thiết bị phù hợp Đồng thời, cần chọn dụng cụ đo có sai số yêu cầu và phù hợp với môi trường xung quanh để đảm bảo kết quả chính xác.
Trong khi đo: Phải biết điều khiển quá trình đo để có kết quả mong muốn
Sau khi thực hiện đo lường, cần nắm vững các phương pháp gia công để xử lý kết quả đo một cách hiệu quả Đánh giá xem kết quả đo có đạt yêu cầu hay không, đồng thời xác định liệu có cần tiến hành đo lại hoặc thực hiện nhiều lần theo phương pháp đo lường thống kê để đảm bảo độ chính xác.
Không có thang đo nào có thể bao quát tất cả các giá trị, ví dụ như thước kẻ chỉ chia vạch đến mm Do đó, khi đo các độ dài không phải là số nguyên lần mm, người đo cần phải ước lượng hoặc sử dụng phương pháp khác để có kết quả chính xác hơn.
15 nhận định về phần lẻ là bao nhiêu phần trăm của 1mm) Sai số loại này rất phổ biến và do tính chủ quan của người đọc
Khi sử dụng đồng hồ kim, cần chú ý rằng kim không nằm trong mặt phẳng chứa các vạch chia độ, điều này có thể gây sai số khi đọc giờ Vị trí quan sát đúng là khi mặt phẳng tạo bởi con ngươi và kim đồng hồ vuông góc với mặt chia độ Để đảm bảo độ chính xác, đôi khi cần sử dụng gương phản xạ trên mặt chia độ và điều chỉnh vị trí mắt sao cho hình ảnh của kim bị che khuất bởi chính kim đồng hồ.
Cách tính và biểu diễn sai số
Sau khi loại trừ sai số thô, phép đo một đại lượng chỉ còn chịu ảnh hưởng bởi sai số hệ thống và sai số ngẫu nhiên Tổng sai số của phép đo được xác định bằng tổng hai loại sai số này.
AX = AXh + AXn Qua nghiên cứu về sai số trong phép đo, người ta nhận thấy rằng:
• Số lần xuất hiện sai số ngẫu nhiên có cùng độ lớn và trái dấu nhau là bằng nhau
• Số liệu chứa sai số càng lớn thì có số lần xuất hiện càng ít
• Trị số tuyệt đối của các sai số ngẫu nhiên không vượt quá một giới hạn xác định
Giả sử một đại lượng vật lý có giá trị thực là x, khi thực hiện phép đo n lần và tính giá trị trung bình, ta nhận thấy giá trị này gần đúng với x Qua chứng minh toán học, có thể khẳng định rằng nếu số lần đo n đủ lớn, giá trị thực x sẽ gần đúng với giá trị trung bình của tất cả các lần đo.
Ngoài các sai số trên, để đánh giá sai số của dụng cụ khi đo một đại lượng nào đó người ta còn phân loại như sau:
Sai số tuyệt đối (AX):là độ sai lệch giữa trị số đo được (X) và trị số thực (x) của đại lượng cần đo
AX= X - x Khi đó khoảng [X - AX, X + AX] sẽ bao quanh giá trị chân thực x, nghĩa là: (X - AX) 0.1), hình 3.10:
Hình 3.10: Cầu Nernst (D>0.1) Khi cầu đo cân bằng, ta có:
Hệ số tổn hao: nt x x ss R C R C D
Tùy thuộc vào độ rỉ của tụ điện, điện trở R x mắc song song với trị số thực C x của tụ điện sẽ có sự thay đổi; cụ thể, nếu độ rỉ nhỏ thì R x lớn và ngược lại Mạch tương đương trong cầu đo giúp xác định chính xác C x và R x, với ưu điểm là không phụ thuộc vào tần số tín hiệu Tuy nhiên, tổng trở của hai mạch tương đương vẫn giữ nguyên giá trị như nhau.
Cầu điện cảm
Cuộn cảm lý tưởng chỉ có thành phần kháng (XL=ωL) và không có điện trở, tuy nhiên, trong thực tế, các cuộn dây thường có thêm điện trở ngoài thành phần kháng XL.
Cuộn dây RL có điện trở càng lớn thì độ phẩm chất của nó càng giảm Độ phẩm chất, ký hiệu là Q, được xác định bởi tỷ số giữa điện kháng và điện trở của cuộn dây.
XL và điện trở của cuộn dây đó
Nếu cuộn dây có hao hụt nhỏ với Q < 10, điện trở của cuộn dây sẽ thấp, dẫn đến mạch tương đương Rx nối tiếp Lx Hệ số phẩm chất Q có thể được tính theo công thức 3.15 Để đo XL, RL và Q, chúng ta sử dụng cầu xoay chiều.
Cầu điện 4 nhánh trong hình 4.11b bao gồm các thành phần Rm, Lm là điện cảm mẫu, và Lx, Rx là điện cảm cần đo R1, R2 là trở mẫu có thể điều chỉnh, và trong chế độ cân bằng, các thông số này sẽ được thiết lập để thực hiện phép đo chính xác.
Hình 3.11: Cầu đo Lx đơn giản
Từ biểu thức (3.16) ta có:
Cân bằng phần thực và phần ảo ta được:
Rm R1 = Rx R2 → Rx = Rm( R1/R2) (3.18) jR1Lm = jR2Lx → Lx = Lm ( R1/R2) ( 3.19)
Khi cuộn dây có tổn hao lớn với Q > 10 (điện trở cuộn dây cao), mạch tương đương Rx được kết nối song song với Lx Hệ số phẩm chất Q có thể được tính toán theo công thức 3.20.
Sơ đồ hình 3.12 là mạch cầu đo phổ quát với cuộn dây có hệ số phẩm chất nhỏ Q 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 tam giác)
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) c Sơ đồ khối:
Hình 3.28: Máy phát tín hiệu
Máy phát gốc là thiết bị tạo ra tín hiệu hình sin với biên độ và tần số ổn định, đóng vai trò quan trọng trong việc xác 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 có chức năng khuếch đại tín hiệu từ máy phát gốc, giúp nâng cao công suất đầu ra Bộ phận đầu ra bao gồm bộ phân áp và biến áp, được sử dụng để điều chỉnh và kiểm tra biên độ đầu ra, đảm bảo máy phát đạt công suất cực đại với độ méo phi tuyến ở mức thấp nhất khi có tải kết nối.
Trong máy phát LC, tần số của mạch dao động được xác định bởi điện dung C và điện cảm L khi hoạt động ở chế độ tự kích Máy phát LC thường ít được sử dụng, chủ yếu chế tạo cho các ứng dụng có dải tần hẹp hoặc một số tần số cố định.
Hình 3.29: Sơ đồ máy phất LC
3.8.1.3 Máy phát trộn tần số
Máy phát trộn tần bao gồm hai máy phát LC cao tần với tần số f gần giống nhau, một bộ trộn tần và bộ lọc thấp tần Máy phát tần cố định phát tần số f1, trong khi máy phát tần số hiệu chỉnh phát ra tần số f2 Điện áp từ hai máy phát được đưa qua mạch lặp lại emitter và đến bộ trộn tần, tạo ra hỗn hợp tần số ± mf1 và ± nf2, với f = f2 - f1 Bộ lọc chỉ cho phép tần số hiệu f đi qua, sau đó tín hiệu được khuếch đại và phân áp trước khi ra đầu Các giá trị f1 và f2 được chọn sao cho hiệu tần số f nằm trong dải thấp, ví dụ f1 = 180KHz và f2 = 180 ÷ 200KHz, dẫn đến ∆f = 0 ÷ 20KHz.
Hình 3.31: máy phát trộn tần RC Máy phát gốc là bộ khuếch đại hai tầng với phản hồi dương tần số bằng mạch
Mạch RC này sử dụng các điện trở và tụ điện như R1 C1 và R2 C2 để tạo ra sự di pha, hoạt động như một cầu bảo đảm tự kích tại 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 giảm điện trở nhiệt R3 Sự giảm này làm tăng điện áp rơi trên R4, từ đó tạo ra phản hồi âm giúp giảm điện áp ra về giá trị định mức, ổn định điện áp đầu ra của máy phát.
Hình 3.32: Sơ đồ khối của máy taọ hàm cơ bản
Mạch dao động cầu Wien có khả năng tạo ra tín hiệu sóng sin với băng tần rộng từ vài hertz đến dải Megahertz, trong khi bộ khuếch đại đệm giúp bảo vệ tín hiệu dao động khỏi sự suy giảm Tín hiệu sóng sin được tạo ra ở đầu ra A nhờ vào mạch khuếch đại công suất và mạch suy giảm mức tín hiệu Bộ tạo xung sử dụng mạch kích Schmitt để chuyển đổi sóng sin thành xung, và bộ điều chỉnh dạng xung tạo ra các xung có độ rộng và công suất theo yêu cầu tại đầu ra B Tín hiệu từ mạch kích khởi Schmitt sẽ được đưa vào mạch tích phân bằng opamp, sau đó vào mạch điều hòa tín hiệu để tạo ra sóng tam giác tại đầu ra C Cuối cùng, chuyển mạch bằng UJT sẽ biến đổi sóng tam giác thành tín hiệu răng cưa, và sau khi điều hòa tín hiệu, tín hiệu này sẽ có mặt tại đầu ra D.
Các công dụng của máy tạo hàm
- Tín hiệu sóng sin có thể dùng để đo thử hệ số khuếch đại của mạch khuếch đại
- Sóng vuông có thể đo thử đáp ứng tần số thấp và tần số cao của mạch khuếch đại nhờ máy hiện sóng
Sóng tam giác là công cụ hữu ích để kiểm tra độ tuyến tính của các mạch điện Bất kỳ sự méo dạng nào xuất hiện ở các cạnh tam giác khi quan sát trên màn hình máy hiện sóng sẽ chỉ ra mức độ không tuyến tính do mạch khuếch đại gây ra.
Tín hiệu răng cưa là công cụ hữu ích để kiểm tra các bộ tạo sóng quét và mạch khuếch đại quét trong máy thu hình, máy hiện sóng và monitor.
Hướng dẫn sử dụng máy phát sóng âm tần AF hình 6.4
Máy phát sóng là thiết bị thiết yếu trong việc tạo ra tín hiệu để thử nghiệm, điều chỉnh và sửa chữa các mạch điện Thiết bị này cho phép người dùng điều chỉnh tần số, biên độ và đặc tính điều biên của tín hiệu, giúp kiểm tra hoạt động của mạch dưới nhiều điều kiện khác nhau Ngoài ra, máy phát sóng có thể kết hợp với các thiết bị đo như đồng hồ vôn kế và dao động kế để thực hiện các phép thử mạch hiệu quả.
Hình 3.33 Mặt trước của máy phát âm tần
Vị trí núm điều chỉnh Chức năng
1 Freqency Hz + Núm xoay chọn tần số Hz để chọn tần số tín hiệu ngõ ra
2 Freq.Range + Công tắc dùng để chọn dải bằng tần số x 1-10-100 Hz x 10 -100 -1kHz x 100 -1kHz – 10kHz x 1 kHz – 10 – 100 kHz x 10 kHz – 100 – 1MHz
3 Power + Công tắt nguồn xoay chiều
4 Wave Form + Công tắt chọn dạng sóng tín hiệu ngõ ra là sóng sin hay sóng vuông 5.Sync + Ngõ vào nối tiếp với tín hiệu đồng bộ tần số ngoài
6 Fine Control + Núm điều chỉnh biên độ tín hiệu ra
7 High – Low + Công tắt ấn định mức ngõ ra ở mức (Low) ngõ ra bị giảm xuống bằng 1/10 (20dB)
8 output + Chỗ kết nối tín hiệu ngõ ra đến tải, tổng trở nguồn xấp xỉ
9 Led + Đèn LED sáng khi bật công tắc nguồn
3.8.2.1 VOM a Giới thiệu đồng hồ đo VOM Đồng hồ vạn năng ( VOM ) là thiết bị đo không thể thiếu được với bất kỳ một kỹ thuật viên điện tử nào, đồng hồ vạn năng có 4 chức năng chính là: Đo điện trở, đo điện áp DC, đo điện áp AC và đo dòng điện thể hiện ở hình 3.13 và 3.14
Hình 3.34: Mặt trước đồng hồ VOM Ưu điểm: là đo nhanh, kiểm tra được nhiều loại linh kiện, thấy được sự phóng nạp của tụ điện
Nhược điểm: Là hạn chế về độ chính xác và có trở kháng thấp khoảng 20kΩ/Vol
Khi đo dòng thấp trong các mạch, hiện tượng sụt áp có thể xảy ra Thiết bị đo được gọi là đồng hồ đo đa năng khi nó tích hợp các thang đo ammeter, voltmeter và ohmmeter trong một cấu trúc duy nhất Đồng hồ này còn được biết đến với tên gọi đồng hồ đo AVO (Ampere Volt Ohm) Để thực hiện các phép đo chính xác bằng đồng hồ đo đa năng, người dùng cần tuân thủ một số lưu ý quan trọng.
Hình 3.35: Các thang đo của đồng hồ VOM
1 Chọn chuyển mạch thông số đo đúng Nếu muốn đo điện áp, đừng bao giờ để đồng hồ đo ở thang đo dòng điện
2 Chọn đúng thang đo của một thông số đo Nếu muốn đo giá trị được cho là 80V, không để đồng hồ ở thang đo 0V – 10V, mà để đồng hồ đo ở thang đo 0V – 100V
