Đo độ di pha bằng phương pháp đo điện áp trong kỹ thuật đo lường điện tử

Trị số pha ban đầu của một dao động trên thực tế chẳng có ý nghĩa gì đặc biệt; bởi vì ta có thể tịnh tiến gốc thời gian để cho trị số đó bằng 0 cũng được ở hình 4-72, nếu đổi gốc thời gi

Bài thuyết trình:

Đo độ di pha bằng phương pháp đo điện áp.

I Khái niệm độ di pha

Khái niệm về pha được gắn liền với khái niệm về dao động điều hòa Bất cứ một dao động điện từ nào có dạng:

u = Um sin(t + )

cũng được biểu thị bằng các đặc tính: biên độ, tần số và pha

Pha của dao động ở đây là: α = (t + ), nó gồm có hai thành phần: t

là trị số pha tức thời, và là hàm số bậc nhất biến đổi theo thời gian;

và là trị số pha ban đầu, là một hằng số

 

I Khái niệm độ di pha

Pha cũng được đo bằng đơn vị radian hay độ

Trị số pha ban đầu của một dao động trên thực tế chẳng có ý

nghĩa gì đặc biệt; bởi vì ta có thể tịnh tiến gốc thời gian để cho trị số

đó bằng 0 cũng được (ở hình 4-72, nếu đổi gốc thời gian từ điểm O đến O’, thì pha ban đầu của dao động bằng 0)

Với hai dao động có cùng tần số và có trị số pha ban đầu khác

nhau như:

u1 = Um1 sin( t + 1)

u2 = Um2 sin( t + 2)

thì vấn đề cần xét là trị số sai pha là trị số sai pha của hai dao

động Trị số sai pha này bằng:

 

Như vậy, khái niệm về vấn đề đo pha của tín hiệu chủ yếu là đo độ

di pha của tín hiệu chứ không phải là đo trị số pha ban đầu ( ở đây cũng cần lưu ý về danh từ dùng : di pha và dịch pha là hai từ đồng nghĩa)

Khi có một dao động điện từ được truyền dẫn qua một mạch, thì do phản ứng của mạch ( của các phần tử có quán tính, của đèn điện tử, đèn bán dẫn ) mà làm cho tín hiệu đó bị di pha Sự di pha của điện

áp đầu ra so với điện áp đầu vào của một mạch bất kỳ được xác định theo công thức:

= tch + n (3)

 

Khi tính toán điều chỉnh thiết bị cần phải đo được độ di pha này

Ngày nay, trong kỹ thuật điện tử và thông tin người ta dùng khá

nhiều phương thức điều chế pha, do vậy vấn đề đo pha ở trường hợp này đã trở thành phép đo cơ bản khi thực hiện điều chỉnh cũng như khi khai thác thiết bị

 

Để biểu thị đặc tính của thiết bị điện tử, ví dụ như đặc tính méo

pha, thì một số các thiết bị đã xét tới quan hệ biến thiên của pha theo tần số Quan hệ phụ thuộc này gọi là đặc tính pha ( hay đặc tính pha- tần số) Nó là quan hệ của độ di pha giữa điện áp đầu ra và đầu vào trong dải tần số công tác của thiết bị

Cũng cần lưu ý khái niệm di pha ở đây chỉ được dùng với các dao động điều hòa có tần số bằng nhau như các dạng hàm số sin hay

cosin như trong công thức trên

Nếu hai dao động có tần số khác nhau, ví dụ 1 và 2 thì độ di pha của chúng bằng: = 1t + 1- 2t -2 = (1 - 2)t + 1 - 2 (4)

 

Các phương pháp đo pha cơ bản là: phương pháp vẽ dao động đồ; phương pháp biến đổi độ di pha thành khoảng thời gian; phương pháp biến đổi độ di pha thành điện áp; phương pháp biến đổi tần số

và phương pháp bù Như vậy với các phương pháp đo này thì phép

đo độ di pha trở thành các phép đo khoảng thời gian, đo điện áp, đo tần số như ta đã nghiên cứu Ở chương này, ta chỉ xét với các

phương pháp chủ yếu và thông dụng trong kỹ thuật điện tử

II Đo di pha bằng phương pháp đo điện áp

1.Phương pháp trực tiếp đo điện áp tổng

Phương pháp này được sử dụng nhiều ở tần số thấp Ta biết rằng tổng của hai điện áp dạng điều hòa:

Từ quan hệ trên, ta có thể xác định được góc pha bằng cách trực tiếp

đo trị số điện áp tổng ( hay còn bằng cách trực tiếp đo trị số điện áp hiệu ) và riêng rẽ hai điện áp hiệu của chúng với cùng một vôn mét

 

Mạch điện đo di pha theo phương pháp này ví dụ như hình 4-75 Các điện áp đo được ở đây là U1 , U2 và ;còn trị số độ di pha

được tính theo công thức (6)

  

Để cho phép tính được đơn giản hơn, các điện áp U1 và U2 được

2.Phương pháp dùng mạch tách sóng

Phép đo độ di pha bằng điện áp tổng và hiệu các điện áp đo còn

có thể được thực hiện kết hợp bằng mạch tách sóng cân bằng pha như hình 4-76 :

Hai đầu vào 3-4 và 5-6 được đưa vào là hai điện áp cần đo độ di pha

Để đơn giản ta thường lấy U1 = U2 = U Trên đèn hai cực Đ1 có điện

áp tổng : = U1 + U2 và trên đèn hai cực Đ2 có điện áp hiệu U = U1 – U2.

Nếu hai đèn Đ1 và Đ2 đồng nhất và là loại có đặc tính tách sóng đường thẳng, thì thành phần điện áp một chiều được chỉnh lưu ra trên tải giữa hai điểm 0-1 là tỷ lệ với trị số điện áp tổng:

= cos (10)

  

Cũng thế, thành phần điện áp một chiều được chỉnh lưu ra trên tải giữa hai điểm 0-1 và 0-2 thì tỷ lệ với trị số điện áp hiệu:

= sin (11)

Như vậy, điện áp giữa hai điểm 1-2 được đo bằng Vôn- Mét , nó bằng hiệu số giữa điểm 0-1 và 0-2

  

Hình 4-77 vẽ các đường biểu diễn của các điện áp đo ở trên Đường

a là đường biểu diễn của (10), đường b là đường biểu diễn của (11)

và đường c là đường biểu diễn điện đo trên vôn-mét V

Từ các đường cong biểu diễn này ta thấy là: Khi = 90 thì kim chỉ thị của vôn-mét bằng 0 Khi độ di pha có giá trị khác 90 , thì vôn-mét có trị số chỉ thị khác 0, cực tính của điện áp này xác định hướng lệch pha từ trị số = 90

Nếu chọn đồng hồ chỉ thị của vôn-mét là loại có điểm chị thị 0 ở giữa

thang chia độ, thì đồng hồ của vôn-mét có thể trực tiếp khắc độ theo độ di pha, ta có một pha-mét đọc trực tiếp

  

Theo nguyên lý của phương pháp đo trên, còn có thể thực hiện bằng

sơ đồ điều chế mạch vòng như hình 4-78

Hai điện áp cần đo di pha được đưa vào hai đầu vào 1-2 và 3-4 Tại hai đầu vào này chúng đều được phân thành hai thành phần bằng nhau trên các điện trở R

Giả thiết là các đèn tách sóng Đ1, Đ2, Đ3, Đ4 có đặc tuyến giống nhau và được biểu diễn bằng:

i = a0 + a1u + a2u2

Trị số dòng điện tức thời qua đồng hồ chỉ thị V thì bằng:

Thay thế và ước lượng các biểu thức, ta có trị số trung bình của dòng điện qua đồng hồ V là:

Nếu điện áp u1 được đưa qua bộ dịch pha có khắc độ, thì thiết bị

đo pha này được thuận tiện hơn Nhờ bộ dịch pha, ta biến đổi để cho 2u1 dịch pha với 2u2 một góc 90, thì theo biểu thức (14), đồng hồ chỉ thị chỉ trị số 0 ( chỉ thị cân bằng)

Các loại pha-mét kiểu tách sóng thì có dải tần số công tác rộng

hơn, tới vài trăm MHz, và có độ chính xác khoảng chừng ( 23)

 

THE END