Thiết kế và thi công mô hình máy đo tần số

Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH MÁY ĐO TẦN SỐ HIỂN THỊ SỐ DÙNG TRONG GIẢNG DẠY SINH VIÊN THỰC HIỆN: NGUYỄN VĂN KHÁNH NGUYỄN MINH TỨ LỚP: 95 KĐĐ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:CÔ VŨ BẢO TUYÊN Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số MỤC LỤC Lời nói đầu Chương I : Tổng Quan Về Đo Lường Điện I Sai số cấp xác II Các loại thiết bị đo tần số Chương II : Cơ Sở Lý Luận III Giới thiệu vi mạch số IV Các mạch taọ dao động V Cấu tạo mạch đếm VI Mạch giải mã hiển thị VII Giao tiếp công suất Chương III : Thiết Kế Mạch Đếm Tần Số I Sơ đồ khối toàn mạch II Mạch dao động chuẩn III Mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào mạch khống chế thời gian đếm giây IV Mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào V Mạch đếm giải mã VI Mạch hiển thị VII Mạch nguồn Chương IV : Thi Cơng I Hình dạng mơ hình II Sơ đồ nguyên lý Mạch ngõ vào Mạch dao động chuẩn Mạch đếm giải mã Mạch hiển thị III Lắp ráp cân chỉnh thiết bị Chương VI: Kết Luận Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Chương I TỔNG QUAN VỀ ĐO LƯỜNG ĐIỆN I/ SAI SỐ VÀ CẤP CHÍNH XÁC: 1/ Nguyên nhân sai số: Mọi phép đo có sai số Sai số nguyên nhân khác gây dụng cụ đo, điều kiện tiến hành phép đo người đo Dụng cụ đo chế tạo với độ xác khác giá trị đọc từ dụng cụ đo Độ xác thân dụng cụ đo cịn phụ thuộc vào môi trường Mức độ ảnh hưởng môi trường đến kết đo tùy thuộc vào kết cấu cụ thể dụng cụ đo Người ta đưa thêm đại lượng sai số đáng kể vào kết đo Sai số người đo, trước hết sai số đọc đặc biệt phải suy với thang đo phi tuyến Khi kim nằm hai độ khắc vạch người đọc cần phải phán đoán giá trị gần kết đo Sai số ngoại suy không 0,5 giá trị hai vạch khắc độ Ngồi cịn phụ thuộc vào trình độ sử dụng dụng cụ đo, người đo gây sai số khác Nhưng sai số lớn, ta gọi phép đo sai số, phải loại bỏ tính tốn 2/ Phân loại sai số: Người ta chia sai số làm loại theo tính chất thống kê a/ Sai số hệ thống: Là sai số có giá trị xác định điều kiện xác định Do ta biết trước giá trị tính bù vào kết đo, tức ta bỏ sai số hệ thống khỏi kết đo sau tính tốn b/ Sai số ngẫu nhiên: Là sai số có giá trị ngẫu nhiên tiến hành phép đo điều kiện Để có kết đo xác ta dùng phương pháp thống kê, lấy trung bình cộng kết đo, với số phép đo lớn Cần nhớ phép lấy trung bình cộng loại bỏ sai số hệ thống Việc phân chia sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên có tính chất tương đối Cùng ngun nhân gây sai số, tùy thuộc vào điều kiện nghiên cứu, lúc coi sai số ngẫu nhiên, lúc khác coi sai số hệ thống Nói chung sai số coi sai số hệ thống ta biết rõ nguyên nhân mức độ gây sai số tác động Nếu ta quan tâm đến tính chất thống kê sai số, không khống chế nguyên nhân gây sai số, sai số có tính chất ngẫu nhiên Việc lấy trung bình cộng loại sai số ngẫu nhiên số lượng phép đo đủ lớn, sau cho tác động gây sai số ngẫu nhiên biến đổi phạm vi lớn, sai số ngẫu nhiên có dạng phân bố chuẩn 3/ Cấp xác dụng cụ đo: Cấp xác dụng cụ hay thiết bị đo tỉ số tính theo phần trăm sai số lớn cho phép điều kiện làm việc bình thường thiết bị Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số đo với giá trị định mức thiết bị Do sử thiết bị đo lường cần quan tâm đến cấp xác thiết bị đo ghi máy sổ tay kỹ thuật thiết bị đo Để từ cấp xác đánh giá sai số kết đo Ví dụ vơn kế có ghi cấp xác nghĩa giới hạn sai số cho tầm đo 1% II/ CÁC LOẠI THIẾT BỊ ĐO TẦN SỐ: 1/ Tần số kim kiểu tỉ số kế điện động: Hình II.1a Tần số kim kiểu tỉ số điện động, cấu đo tỉ số điện động Cuộn tĩnh mắc nối tiếp nối tụ điện C Cuộn động mắc nối tiếp với tụ C2, cuộn động mắc nối tiếp với điện cảm LF Chọn giá trị điện cảm L đủ lớn, tụ điện có giá trị đủ nhỏ để bỏ qua ảnh hưởng điện trở thân cuộn dây tỉ số kế Từ (H.II.1) ta thấy dòng I pha với dòng It, I2 chậm pha 180o so với dòng Để loại bỏ gốc chậm pha này, ta bảo đầu dây động lúc dòng điện qua dòng tĩnh hai cuộn động đồng pha, không phụ thuộc vào tần số nguồn Giá trị hiệu dụng dòng điện qua cuộn dây động tính: Như gốc  kim tương ứng với giá trị: Với giá trị L,C biết không thay đổi ta xác định giá trị tần số nguồn theo số  kim Người ta khắc độ trực tiếp lên mặt độ số Để tăng độ nhạy phạm vi đo từ f đến f2 tức phạm vi cần đo tầng số kế ta thay L C2 hai mạch cộng hưởng nối tiếp với tần số cộng Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số hưởng nhỏ f1, vị trí C2 thay mạch cộng hưởng nối tiếp tầng số cộng hưởng cao f2 Với tần số khoảng f1 đến f2, mạch cộng hưởng ln có tính chất điện cảm, cộng hưởng ln có tính chất điện dung, với điều kiện pha tương tự mắc L C2, với mạch cộng hưởng trở kháng lân cận tần số cộng hưởng thay đổi nhanh theo tần số, độ nhạy cao 2./ Tần số kim kiểu tỉ số từ điện: Hình II.2 Người ta dùng cấu đo tỉ số kế từ điện để tạo tần số kế kim Nhưng tỉ số kế từ điện đo dịng chiều ta phải dùng mạch chỉnh lưu Và dùng mạch chỉnh lưu nên ta quan tâm đến pha dòng điện nên mạch đo đơn giản Cuộn động nối đến đường chéo cầu chỉnh lưu (I), cuộn động nối đến đường chéo cầu chỉnh lưu (II) Dòng qua cuộn dòng chỉnh lưu mạch chứa điện dung, dòng qua cuộn dòng chỉnh lưu mạch chứa điện trở Bỏ qua trở kháng vào cầu chỉnh lưu Ta có: Tỉ số kế đo tỉ số dịng qua cuộn cuộn đo tỉ số IR IC Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Như ta khắc độ tỉ số kế trực tần số Để tăng độ nhạy, ta thay C mạch cộng hưởng nối tiếp, cộng hưởng tần số thấp cao tần số cần đo 3/ Tần số kế kiểu rung: Tần số kế kiểu rung dựa vào tượng cộng hưởng học Nó cấu tạo hình (H.II.3) Gồm nam châm điện (1), lõi làm thép kỹ thuật điện, thuộc loại sắt từ mềm Nam châm điện hút giá đỡ (2) rung Trên giá rung gắn rung (3), có tần số cộng hưởng riêng khác Nếu tần số nguồn đo 50Hz, ta chọn rung có tần số cộng hưởng riêng khoảng 88  100Hz cách Hz Khi cấp nguồn có tần số cần đo cho cuộn dây nam châm điện, cuộn dây hút giá đỡ rung Do dòng điện qua nam châm điện thay đổi theo thời gian, lực hút nam châm thay đổi theo thời gian, tần số thay đổi lực hút lần tần số nguồn điện, lực rung bị rung theo Lực hút thay đổi làm giá trị bị rung theo, với tần số lực hút, tức lần tần số nguồn Do tính chất cộng hưởng rung, rung có tần số riêng tần số lực rung mạnh Quan sát rung, ta biết rung mạnh nhất, từ xác định tần số nguồn điện cần đo Để tiện sử dụng người ta không khắc độ rung tần số riêng mà theo tần số nguồn, tức nửa tần số rung 4/ Tần số kế thị số: Hình II.4: Sơ đồ mạch chia tần số Điện áp Ux có tần số fx cần đo khuếch đại thành điện áp U 1, sau đưa qua mạch tạo xung để sửa thành dạng xung vng có tần số f x (U2) Xung đưa qua cổng logic khoảng thời gia T n để vào mạch đếm xung (U6) kết xung đếm đưa qua hiển thị cho biết tần số tín hiệu Ux => Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Với Tn chu kỳ xung chuẩn (U 4) thời gian mở cổng logic Ở xung chuẩn (U4) mạch dao động thạch anh tạo ra, tần số lớn (f o từ 100KHz  1MHz), nên sau sửa thành dạng xung vuông (U 3) cần cho qua mạch chia tần số để thành U4 có tần số fn xung chuẩn (U4) tác động vào Flip – Flop theo nguyên lý kích thích cạnh trước (ký hiệu FF) tạo xung mở cổng (U5) thời gian Tn Sai số xung đếm thời gian cổng mở 1 xung Vì tần số fx cần đo thấp cần thay đổi thời gian mở cổng Tn Trong thực tế chu kỳ xung chuẩn (Tn) thường có mức điều chỉnh 0,1s, 1s, 10s Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ LUẬN I/ GIỚI THIỆU VỀ VIMẠCH SỐ: 1/Khái niệm vi mạch số: Mạch số (digital circuit) xử lý tín hiệu dạng xung Các xung hai trạng thái, mức điện định trước gọi mức thấp ví dụ (0V) mức cao (4V) Số mức điện lớn hai số hữu hạn Hệ thống số gồm nhiều loại hệ thống số thập phân, nhị phân, BCD, Hexa, v.v Nhưng hệ thống số nhị phân gồm1 thuận tiện cho việc xử lý mạch điện tử, mạch không xử lý trực tiếp số mà xử lý dạng sóng Ta biểu thị số nhị phân bằng dạng sóng nhị phân có hai mức điện thế, mức biểu thị số mức biểu thị số Hai mức điện cách xa đủ xa để mạch logic phân biệt hai mức Khi xử lý tín hiệu nhị phân ngỏ vào thân mạch logic phát hai mức điện Vi mạch số gồmcó hai loại: - Một loại thuộc họ TTL cấu tạo từ transistor – Một loại thuộc họ CMOS cấu tạo từ transistor trường 2/ Ưu điểm vi mạch số: – Ít bị ảnh hưởng nhiễu âm (noise) – Dễ chế tạo thành mạch tích hợp (IC) thực tế có nhiều mạch tích hợp số sản xuất cho nhiều chức khác – Thiết kế phân tích mạch đơn giản – Thuận tiện cho việc điều khiển tự động lưu trữ xử lý liệu (data), kết hợp với loại máy tính 3/ Nhược điểm: Tín hiệu xử lý phải dạng xung có hai mức logic rõ rệt Vì xử lý tín hiệu tương tự cần phải có chuyển đổi từ tương tự sang số 4/ Phạm vi ứng dụng vi mạch số: Vi mạch số ứng dụng nhiều lĩnh vực quân sự, dụng cụ y tế, loại máy móc sản xuất II/ CÁC MẠCH TẠO DAO ĐỘNG: Mạch dao động tạo xung đóng vai trị quan trọng mạch số Xung đồng giúp cho phần thiết bị làm việc theo thứ tự đồng với nhau, xung đồng thiếu Mạch dao động có nhiều dạng, dùng linh kiện rời hay linh kiện tích hợp Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số 1/ Mạch dao động đa hài dùng cổng logic: Hai cổng Nand (hay cổng Not) mắc chéo FlipFlop có hai trạng thái bền nên mạch dao động (mạch khơng có trạng thái bền) Muốn mạch dao động ta phải gắn thêm tụ đường hồi tiếp Các điện trở chọn để trì điện ngõ vào cổng gần thềm logic nên tụ nạp điện xả điện, điện ngõ vào dao động mức thềm logic khiến ngõ dao động hai mức logic Tần số dao động là: Dạng sóng Q đối pha nhau, mạch không hoạt động tần số thấp (dưới vài chục Hz) phải dùng tụ điện có điện dung lớn (trên vài chục F) 2/ Mạch dao động đa hài dùng cổng Nand: Điện trở R1, R2 biến trở R3 phân cực cho hai cổng Nand gần thềm logic, điện trở phải nhỏ điện trở ngõ vào cổng, thường 1K Nguyên lý hoạt động: Giả sử ngõ vào N vừa xuống ngưỡng mức thấp (0V) để ngõ Q lên ngưỡng mức cao (1V) Sự thay đổi logic tia tụ C nạp truyền ngõ vào N2 khiến cho ngõ xuống mức thấp (0V), mức logic tụ C1 chuyển ngõ vào N1, mạch xem đạt trạng thái ổn định Nhưng dòng điện N1 đổ ngõ vào nạp điện cho C1 C1 dương Trong lúc tụ C2 xã điện qua R2 R3 nên điện tụ Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số giảm dần Nếu điều kiện điện trở nói, tụ C C2 khơng khác tụ C2 xả điện nhanh C1 nạp điện, nên điện ngõ vào N2 nhanh chóng đạt mức logic thấp làm ngõ lên mức cao (1), ngõ vào N1 đạt đến ngưỡng mức cao Ngõ Q xuống mức thấp (0), sau tụ C xả điện qua R1, R3 để đổi trạng thái mạch trở lại trình C1 xả điện Điện trở R3 nằm đường xả điện C1 C2 thay đổi giá trị tần số mạch thay đổi Khi mạch đối xứng nghĩa C1 = C2; R1 = R2, tần số mạch là: Để có tần số dao động thấp (vài Hezt) ta dùng tụ lớn đến vài ngàn F, khơng cần dạng sóng ổn định cao tần số giới hạn trên, tần số mạch khoảng 10MHz Nếu sử dụng mạch logic CMOS tạo mạch dao động có tần số thấp tổng trở vào CMOS lớn nên cho phép dùng điện trở bên ngồi lớn Có nhiều IC tạo xung, hai họ IC loại TTL loại họ CMOS chế tạo sẵn cần đưa thêm vài linh kiện bên để xác định tần số 555, 556, 4047, v.v… Phương pháp đơn giản, rẻ tiền độ xác khơng cao phụ thuộc vào phần tử xác định tần số bên 3/ Phương pháp tạo dao động từ lưới điện nguồn: Phương pháp đơn giản tiện sử dụng cho mạch dùng nguồn cấp điện xoay chiều lưới điện khơng địi hỏi độ xác thật cao Biến áp T1 dùng để hạ mức điện áp lưới cho phù hợp với nguồn nuôi IC cổng Nguyên lý mạch lấy dao động lưới điện mạch sửa dạng sóng từ dạng sóng sin sang dạng sóng vng có tần số tần số lưới điện 4/ Mạch dao động dùng vi mạch tích hợp: Mạch tích hợp 555 (NE555, NC555) chế tạo lần đầu tiên, khoảng 15 năm trước sử dụng phổ biến Khả cần dòng lớn (200mA) hoạt động với quãng điện rộng từ 4,5V đến 16V Độ ổn định nhiệt 0,005% cho độ C mạch làm việc cho tần số thay đổi nhờ linh kiện bên ngoài, độ ổn định tần số không cao Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 10 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Sơ đồ chân cấu trúc bên IC 4511B: cấu trúc bên IC gồm có phần LATCHES, DECODER, DRIVER DA đến DD: ngõ vào nhận tín hiệu từ IC đếm 4518B: EL : cho phép chốt ngõ vào, mức thấp cho phép tín hiệu giải mã LED, mức cao chốt kết vừa hiển thị BI ngõ vào xóa số tác dộng mức thấp LT :ngõ vào thử đèn Oa đến Og ngõ sang LED đoạn Decoder: giải mã Driver: mạch đệm Latches: Bộ nhớ trung gian để nhớ kết thời gian ngắn (mạch chốt) Bảng trạng thái IC 4511B: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 42 Luận Văn Tốt Nghiệp LE X X L L L L L L L L L L L L L L L L H Ngõ vào ( input ) BI LT D C X L X X L H X X H H L L H H L L H H L L H H L L H H L H H H L H H H L H H H L H H H H L H H H L H H H L H H H L H H H H H H H H H H H H H H H H H H X X Mơ Hình Máy Đo Tần Số B X X L L H H L L H H L L H H L L H H X A X X L H L H L H L H L H L H L H L H X a H L H L H H L H L H H H L L L L L L Ngõ ( output) b c d E g H H H H H L L L L L H H H H H H H L L L H L H H L H H L L L H H L L H L H H L H L H H H H H H L L L H H H H H H H L L H L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L L Display f H L L L H H H H H L H H L L L L L L Blank Blank Blank Blank Blank Blank Blank (* ) Trong mạch hiển thị ta cần phải tắt số vơ nghiã,ví dụ kết đo làø 10 phải hiển thị làø 10 0010 Như biết IC 4511B có ngõ vào BI tác động mức thấp đèn tắt, ngõ IC đếm 0000 (BCD) ngõ vào BI mức thấp, ngõ lên trạng thái [1] ngõ vào BI mức cao Dạng mạch kết nối sau: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 43 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số VI./ MẠCH HIỂN THỊ: Mạch đo tần số không thiết bị đo thực dụng mà mơ hình hoạt động dùng giảng dạy mơn đolường điện, dùng làm thiết bị đo phịng thí nghiệm đo lường điện Đối với mơ hình dùng để dạy học nên cần phần hiển thị thật rõ để người góc quan sát được, với yêu ta chọn phần hiển thị LED đoạn loại lớn, loại đèn tiêu tốn thấp loại đèn cathod lạnh hay đèn tim, nguồn cung cấp cho đèn LED thường thấp Thông số loại LED Điện áp cung cấp : V Dòng điện tối đa : 20mA Kích cở : ( x 5) cm Kích thước đoạn : cm Loại màu trắng phát sáng cho ánh sáng màu đỏ Điện áp dòng diện ngõ IC 4511B khơng đủ kích cho LED sáng cần thêm mạch kéo dòng cho LED Ta dùng linh kiện rời TRANSISTOR để làm mạch thúc, ngõ IC 4511B trạng thái mức cao LED sáng, trạng thái mức thấp LED tắt nên ta sử dụng transistor loại PNP Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 44 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Điện áp cấp cho LED 6V dòng điện qua tối đa 15mA Khi chân B mức cao transistor ngưng dẫn dòng điện chạy qua R C R1 qua LED làm cho đèn phát sáng, lúc điện áp rơi LED 0.7V Điện trở RC = RC = R1 = = 400  = 330  Để transistor làm việc vùng bảo hồ điện trở RB = 10 RC RB = K Khi chân B mức thấp transistor dẫn dịng điện đổ từ nguồn V CC = 12V qua mối nối CE xuống mass lúc VCE = 0.2V làm cho LED tắt VII./ MẠCH NGUỒN: Trong phần mạch giới hạn biên độ tín hiệu ngõ vào phần hiển thị sử dụng nguồn cung cấp 12V, nguồn cung cấp cho loại IC đếm mạch 5V Như mạch nguồn cho cấp điện áp +12 V, -12V, + 5V Để đơn giản cho việc chọn lựa nguồn linh kiện ổn áp cho mạch ta trọng đến phần tử tiêu hao dòng đáng kể mạch Các cổng CMOS loại có dịng tiêu thụ lớn Id = 50 mA mức điện nguồn cung cấp 5V Dòng điện tổng qua CMOS :6 x 50mA = 300 mA IC đếm bao gồm: IC 4518B x 3, 4017B x 4, IC 4040B dòng điện tiêu thụ IC 10 mA Dòng điện tổng là: (8 x 10)mA = 80mA Tổng dòng điện qua LED : (4 x x 15) mA = 420 mA Tổng dịng điện tồn mạch là: (300 + 420 + 80 ) = 800 mA Tổng dòng điện nguồn cung cấp + V là: (300 + 80) = 380 mA Chọn IC 7805 để tạo nguồn ổn áp + V, thông số IC 7805: Dòng điện ngõ ra: I0 = A Điện áp ngõ vào: Vin =  35 V Điện áp ngõ ra: V0 = 4.8  5.2 V Chọn IC LM 317 LM 337 để tạo nguồn ổn áp + 12V , -12 V Thông số kỹ thuật IC LM317: Dòng điện định mức : I0 = 1.5A Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 45 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Điện áp ngõ V = Vin - 1.2 Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37V Thông số kỹ thuật IC LM 337 Dòng điện định mức : I0 = 1.5A Điện áp ngõ :V = Vin + 1.2 Điện áp ngõ vào : Vin = 1.2  37 V Trong mạch cần nguồn đối xứng 12V nên chọn biến áp có điểm giữa, điện áp vào 220 VAC , điện áp lấy 12 VAC Tụ 10F nối từ chân ADJ xuống mass để triệt tiêu độ gợn điện áp, tụ 0.1F dùng lọc nhiễu tần số cao làm cho điện áp ngõ có dạng phẳng Điện trở R = 120 biế trở VR = k tạo thành cầu phân áp để điều chỉnh điện áp cho chân ADJ nhằm điều chỉnh điện áp ngõ  Giải thích nguyên lý hoạt động toàn mạch: Chức linh kiện mạch IC 7805 dùng ổn áp nguồn 5V cung cấp cho IC đếm IC 317 vàø IC 337 dùng ổn áp nguồn +12V, -12V cung cấp cho khuếch đại đầu vào mạch nguồn cho LED hiển thị IC 40106B chỉnh dạng sóng tín hiệu ngõ vào, phần dùng lắp mạch dao động chuẩn IC 4518B (1), IC 4040B IC 4081(1) dùng để chia tần số xung 32 KHZ xuống tần số xung chuẩn 1HZ IC 4017B (1) khống chế mạch đếm giây, giữ kết giây reset mạch đếm giây IC 4518B ( 2,3) đếm BCD đồng IC 4511B ( 1,2,3,4) giải mã BCD sang LED đoạn IC 741 (1,2 ) khuếch đại biên độ tín hiệu ngõ vào IC 4017B (2 ,3 ) mạch chia tần số tín hiệu ngõ vào tạo giai đo x1, x10 , x100  Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn cho mạch, lúc chưa có tín hiệu ngõ vào hình hiển thị số Khi đưa tín hiệu cần đo tần số vào, ý đến biên độ để điều chỉnh công tắc SW1 vị trí phù hợp biên độ tín hiệu lớn mà khơng làm hỏng mạch Tín hiệu cần đo sau mạch giới hạn biên đưa vào IC 40106 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 46 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số để dạng méo xung có chỉnh dạng sóng sin thành xung vng Nếu ta để cơng tắc SW2 vị trí (x1) kết hiển thị kết phép đo, cơng tắc vị trí (x10 hay x100) kết qủa phép đo kết qủa hiển thị nhân với giai đo( x10 hay x100) Tín hiệu sau sửa dạng đưa vào ngõ vào cổng AND ngõ vào cịn lại tín hiệu điều khiển có tần số xung 1HZ Phần xung 1HZ tạo từ dao động chuẩn 32KHZ đưa đến ngõ vào IC 4017, ngõ O nối chân điều khiển cho phép tín hiệu cần đo vào mạch đếm Khi ngõ O = (1) cổng AND thơng tín hiệu vào mạch đếm IC 4518 (2, 3) sau thời gian giây cổng AND khóa khơng cho tín hiệu vào Ngõ O = (1) thông qua cổng NOT nối đến chân EL IC 4511B cho phép tín hiệu đếm vào mạch giải mã sang LED đoạn, sau thời gian giây kết chốt lại ngõ O = (1) mạch đếm Reset lặp lại chu kì đếm Chân IC 4518 (2) nối với chân 10 (CP 1b) để mạch đếm (1A) đếm từ đến mạch (1B) đếm lên kết qủa hiển thị 10 HZ, mạch đếm từ đến 99 tự động quay Để hiển thị LED chân (14) cuả 4518B (2) nối qua chân (2) IC 4518B (3), chân (6) nối với chân 10 (CP 2b), mạch đếm số xung lớn 9999 HZ số xung vượt kết hiển thị 0, kết qủa hiển thị không bị nhấp nháy mạch làm việc Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 47 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số CHƯƠNG IV THI CƠNG I./ HÌNH DẠNG MƠ HÌNH: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 48 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số II./ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ: 1./ Mạch ngõ vào: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 49 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số 2./ Mạch dao động chuẩn: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 50 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số 3./ Mạch đếm giải mã: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 51 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số 4./ Mạch hiển thị: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 52 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số III./ LẮP RÁP VÀ CÂN CHỈNH: 1./ Bảng liệt kê linh kiện: a./ Linh kiện mạch ngõ vào: R1 = R4 = R5 = R6 = 1K R2 = 50 R3 = 100K R7 = 2,2K C1 = 0,01F C2 = 0,1F C3 = C4 = 0,1F Diode Zener 5,5V IC 741 x IC 4017 x b./ Linh kiện mạch dao động: R1 = R2 = 1K C1 = 0,1 XTAL = 32,768KHZ IC 4518B IC 4040B IC 4017 IC 4081X IC 40106 c./ Mạch đếm giải mã: IC 4518B x IC 4511B x IC 4072B x IC 4071 d./Mạch hiển thị: R: Điện trở hạn dòng cho tất Led đoạn: 330 RC: Điện trở kéo nguồn cho tất Led đoạn = 390 Transistor thúc Led: A564 (PNP) e./ Mạch nguồn: Tranformer: 220/+- 12VAC Diode D1 : D4: IN 4007 C1 = C2 1000F/50V C3 = C4 = C7 = C8 =0.1F C5 = C6 =10F VR1 = VR2 = 2K R1 = R2 = 120 IC ổn áp dương LM317, LA 7805 IC ổn áp âm LM 337 Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 53 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số 2./ Cân chỉnh sai số thiết bị: a./ Cân chỉnh: Sau lắp ráp linh kiện vào mạch Modul, ghép Modul lại với để mơ hình hồn tất máy đo tần số Kiểm tra Modul trứớc cấp nguồn Cơng tắc chuyển mạch mức điện áp tín hiệu ngõ vào đặt vị trí 5V, chỉnh giai đo vị trí X1 Dùng máy phát sóng tạo nguồn tín hiệu ngõ vào có tần số 10HZ Nếu kết hiển thị 10HZ máy hoạt độg tốt, kết không dao động chuẩn tạo xung điều khiển chưa Ta cần chỉnh tần số dao động nội để kết cho phép đo đúng, sau cần cố định tần số sai số dao động nội này, cân chỉnh tín hiệu có biên độ thấp hàng (mV) Ta cần đưa tín hiệu có tần số thấp 10HZ tần số cao 20KHZ để xem thiết bị có hoạt động hay khơng Nếu không đáp ứng ta điều chỉnh Modul khuếch đại tín hiệu ngõ vào b./ Sai số thiết bị: Như biết linh kiện vi mạch số điều có thời gian trể định, nghĩa có xung tác động ngõ vào sau khoảng thời gian ngắn TS ngõ ra, thay đổi trạng thái Trong mạch dùng cổng AND để làm mạch khố tín hiệu vào mạch đếm, khoảng thời gian 1s cho phép xung vào mạch đếm chu kỳ trước chu kỳ sau có số xung vào mạch đếm khơng giống nhau, sai lệch xung Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 54 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số Chương V Kết luận I / KẾT LUẬN: Qua sáu tuần thực luận văn tốt nghiệp, chúng em hoàn tất u cầu đặt xây dựng mơ hình máy đo tần số hiển thị số dùng giảng dạy môn đo lường điện Thiết bị dùng để đo lường điện có nhiều loại máy đo điện áp, máy đo dòng điện, máy đo tần số… Trong loại máy đo có kiểu cấu tạo khác ví dụ máy đo tần số có máy đo tần số thị kim, máy đo tần số thị số, máy đo tần số thị dạng rung Loại máy đo tần số thị số cấu tạo từ linh kiện vi mạch số nên kích thước trở nên gọn nhẹ nhiều so với loại máy đo tần số khác Tuy nhiên, đề tài thiết kế mơ hình để dạy học nên mạch điện cuả máy chia nhiều Modul theo chức cuả khối để dể dàng minh hoạ giảng dạy loại máy đo tần số Kích thước cuả mơ hình thiết kế vừa phải phù hợp cho việc giảng dạy, phần hiển thị số dùng LED đoạn loại lớn để người học dễ quan sát Màu màu chữ kết hợp bật để người học thấy khối chức cuả mơ hình Luận văn hồn tất phần lý thuyết phần thiết kế thi cơng Tuy nhiên thời gian có hạn nên chưa hồn chỉnh nguồn ni phụ khơng có nguồn điện xoay chiều 220/110V II / HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Mơ hình dùng giảng dạy lý thuyết, chưa dùng phịng thí nghiệm cấp xác cuả máy chưa cao mức sai số máy chưa thể sử dụng cho phịng thí nghiệm Sai số giai đo 10 HZ, nguyên nhân cuả sai số sử dụng IC đếm làm mạch chia 10 để tạo giai đo Ngồi cịn ngun nhân gây sai số không đáng kể thời gian trễ cuả cổng AND Nếu có điều kiện thời gian kinh phí, chúng em khắc phục sai số để mơ hình hồn chỉnh dùng [phịng thí nghiệm đo lường điện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 55 Luận Văn Tốt Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số TÀI LIỆU THAM KHẢO Đo lường điện Nguyễn Ngọc Tân Vi mạch số Nguyễn Hữu Phương Sổ tay tra cứu linh kiện quang điện tử Sổ tay tra cứu CMOS Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 56 ... Nghiệp Mơ Hình Máy Đo Tần Số đo với giá trị định mức thi? ??t bị Do sử thi? ??t bị đo lường cần quan tâm đến cấp xác thi? ??t bị đo ghi máy sổ tay kỹ thuật thi? ??t bị đo Để từ cấp xác đánh giá sai số kết đo Ví... dụ vơn kế có ghi cấp xác nghĩa giới hạn sai số cho tầm đo 1% II/ CÁC LOẠI THI? ??T BỊ ĐO TẦN SỐ: 1/ Tần số kim kiểu tỉ số kế điện động: Hình II.1a Tần số kim kiểu tỉ số điện động, cấu đo tỉ số điện... cận tần số cộng hưởng thay đổi nhanh theo tần số, độ nhạy cao 2./ Tần số kim kiểu tỉ số từ điện: Hình II.2 Người ta dùng cấu đo tỉ số kế từ điện để tạo tần số kế kim Nhưng tỉ số kế từ điện đo