Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng
M Bài -Đ L Môn học: Đo lường điện Mai Quốc Khánh Khoa Vô tuyến điện tử Học viện KTQS B m ụn LT Đo tần số â Mai Quốc Khánh - 04/2010 1/41 -Đ L Nội dung Khái niệm chung đo tần số II Các phương pháp đo tần số mạch điện có tham số phụ thuộc tần số LT M I ôn III Các phương pháp so sánh để đo tần số B ộ m IV Các phương pháp số để đo tần số © Mai Quốc Khánh - 04/2010 2/41 L -Đ M LT Phần I B ộ m ơn Kh¸i niƯm chung đo tần số â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 3/41 L Khái nim tần số LT - Tần số số chu kỳ dao động đơn vị thời gian Tổng quát, tần số xác định theo tần số góc (t) biểu thị tốc độ biến đổi pha dao động Tần số góc (t) đạo hàm góc pha dao ®éng theo thêi gian M B ộ Tần số góc biểu diễn: (t) = 2f(t) với (t) f(t) tần số góc tần số tức thời Với dao động điều hòa, góc pha biÕn ®ỉi tû lƯ víi thêi gian, vËy đạo hàm góc pha theo thời gian có giá trị không đổi = 2f Do vậy, tần số f dao động điều hòa giá trị trung b×nh m ơn dϕ ω (t ) = dt © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Tần số góc tần số 4/41 Quan hệ tần số với bước sóng: M -Đ L Quan hƯ cđa tÇn sè víi bíc sãng vµ chu kú LT c c = f = hay λ λ f Quan hệ tần số với chu kỳ: m ôn c tốc độ ánh sáng truyền lan tự (c = 3.108m/s) λ chiều dài bước sóng [m] B ộ 1 = f = hay T T f T chu kỳ dao động © Mai Quốc Khánh - 04/2010 5/41 - L Độ xác lượng trình đo tần số M Phộp o tn s l phép đo có độ xác cao kỹ thuật đo lường, phát triển vượt bậc việc chế tạo mẫu tần số LT Các mẫu đo tần số đạt độ xác độ ổn Lượng trình đo phép đo tần số rộng, giới hạn tăng lên với phát triển kỹ thuật vô tuyến điện m ôn định cao (sai số nhỏ đạt tới giá trị 10-12) B ộ Ngày tiến hành đo tần số khoảng 3.1015 Hz © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Frequency Standards 6/41 -Đ L Các dải tần kỹ thuật vô tuyến điện M Trong kỹ thuật vô tuyến điện lượng trình đo tần số phân thành dải tần khác nhau: LT Dải tần thấp bao gồm tần số thấp (nhỏ 16Hz) ụn Dải tần số ©m (tõ 16 Hz tíi 20 KHz) D¶i tần số siêu âm (từ 20 KHz đến 200 KHz) m Dải tần số cao (từ 200 KHz đến 30 MHz) B Dải tần số siêu cao (từ 30 MHz đến 3000 MHz) Dải tần số quang học (trên 3000 MHz) â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 7/41 M Phương pháp đo tần số đa dạng, phương pháp ứng dụng cho dải tần cụ thể Thường phân thành nhóm sau: LT - L Các phương pháp đo tần số ụn Nhóm phương pháp đo tần số mạch điện có tham số phụ thuộc tần số m Nhóm phương pháp so sánh B Nhóm phương pháp số â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 8/41 -Đ L Ph¹m vi øng dơng cđa phÐp ®o tÇn sè Phép đo tần số phép đo thông dụng: M ứng dụng nhiều lĩnh vực, lĩnh vực điện tử, tin học, viễn thông LT ứng dụng không khai thác thiết bị mà nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học kỹ thuật vô tuyến điện phép đo tần số thường sử Phép đo tần số phép đo quan trọng nhất, thông dụng lĩnh vực điện tử viễn thông B ộ m ôn dụng để kiểm tra, hiệu chuẩn máy tạo tín hiệu đo lường, máy thu phát, xác định tần số cộng hưởng mạch dao động, dải thông lọc, kiểm tra độ lệch tần số thiết bị khai thác v.v © Mai Quốc Khánh - 04/2010 9/41 LT M - L Phn II Các phương pháp đo tần số mạch điện có tham số phụ thuộc tần số B m ụn 2.1 Phương pháp cầu 2.2 Phương pháp cộng hưởng 2.3 Phương pháp phóng nạp tụ â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 10/41 - L b Phương pháp quét sin Y LT X Ufm ơn M¸y hiƯn sãng thiÕt lËp ë chÕ độ khuếch đại Điện áp có tần số cần đo Ufx đưa tới đầu vào Y điện áp có tần số mẫu Ufm đưa tới đầu vào X Thay đổi tần số fm cho nhận hình Lissajous ổn định Điều đạt có điều kiện sau: m M Ufx B ộ fx n n = = hay f x fm fm m m © Mai Quốc Khánh - 04/2010 n – số điểm cắt ngang m – s im ct dc Mụ phng 28/41 Phương pháp quét sin m ôn LT M -Đ L (tiếp theo) Mét vài dạng lisajous gặp B â Mai Quốc Khánh - 04/2010 M« pháng 29/41 L 3.2 Phương pháp ngoại sai - m fp[Hz] ụn LT Nguyên lý: so sánh tần số cần đo fx tần số mẫu fm phương pháp ngoại sai Hiện tượng phách: trộn tần dao động có tần số cần đo fx tần số mẫu fm, đầu trộn tần có nhiều thành phần dao động khác có dao động tần sè ph¸ch fp fp = | fm - fx | Khi thay đổi tần số mẫu tần số phách thay đổi: M B 16 â Mai Quốc Khánh - 04/2010 fm1 A fm2 fm 30/41 M Trộn tần hai dao động Ufx Ufm , lọc khuếch đại riêng dao động thành phần tần số phách fp = |fx – fm| LT -Đ (tip theo) L Phương pháp ngoại sai ụn Trn tn Ufx Lọc & Khuếch đại Ufp m Ufm B ộ Điện áp mẫu © Mai Quốc Khánh - 04/2010 31/41 M m ụn Thay đổi tần số mẫu cho fx = fm fp = tượng phách điểm không Điểm A gọi điểm phách Tai người nghe tần số thấp 16Hz, nên khoảng từ fm1 đến fm2 vùng tần số không nghe Khắc phục cách đo từ hai phía điểm phách LT - (tip theo) L Phương pháp ngoại sai B ộ = f x f= m © Mai Quốc Khánh - 04/2010 f m1 + f m 2 32/41 LT M Trên sở tượng phách “0" chế tạo tần mét ngoại sai để đo tần s cao Ufx CM Lọc & Khuếch đại Ufp Dao động ngoại sai LC B m Dao động thạch anh Trộn tần ụn - (tip theo) L Phương pháp ngoại sai in ỏp mu â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 33/41 Phương pháp ngoại sai - Tại tần mét ngoại sai cần có hai dao động? M L (tiếp theo) Bộ dao động thạch anh tạo dao động có tần số LT xác ổn định; khơng điều chỉnh tần số Bộ dao động LC có khả điều chỉnh tần số; khơng xác không ổn định Giải pháp kết hợp hai dao động: ôn Dao động thạch anh dùng làm dao động tần số mẫu; làm m méo tín hiệu để tạo hài (các điểm kiểm tra) Dao động LC dùng làm dao động ngoại sai điều chỉnh tần B ộ số xung quanh điểm kiểm tra dao động thạch anh tạo © Mai Quốc Khánh - 04/2010 34/41 M Tần mét ngoại sai chủ yếu dùng làm phương tiện kiểm tra tần số (cần biết trước tần số cần đo nằm phạm vi đó) LT -Đ (tiếp theo) L Ph¬ng pháp ngoại sai ụn Tn s ngoi sai cú độ xác cao, sai số khoảng 10-6, sử dụng rộng rãi việc kiểm tra tần số thiết bị vô tuyến điện B ộ m © Mai Quốc Khánh - 04/2010 35/41 Phần IV -Đ L Các phương pháp số để đo tần số S dụng rộng rãi đo tần số Hai phương pháp thông dụng LT M 4.1 Phương pháp xác định nhiều chu kỳ B ộ m ôn 4.2 Phương pháp xác định chu kỳ © Mai Quốc Khánh - 04/2010 Tần mét số Bộ đếm tần 36/41 - L 4.1 Tần số mét số dựa phương pháp xác định nhiều chu kỳ Ufx TX K M fx BĐX HTS LT TTR Trigơ TXC TÇn số mét loại có độ xác cao, tiệm cận tới độ xác tần số mẫu f0 B ộ CT f0 m ơn fCT NX Ph¬ng pháp thường dùng để chế tạo tần mét cao tần â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 37/41 T0 TCT UTR UBĐX B ộ UCT m UTXC LT TX ơn UTX M Ufx -Đ (tiếp theo) L TÇn số mét số dựa phương pháp xác định nhiều chu kú NX © Mai Quốc Khánh - 04/2010 t t t t t t 38/41 fCT ơn n lµ hệ số chia tần Trigơ điều khiển khóa K mở thời gian TCT Do đó, mà Nx đầu cđa bé ®Õm xung: TCT Nx = Tx n fx f0 B ộ hay N x = m fo = n M D·y xung víi tÇn sè chuẩn f0 qua chia tần tạo thành dÃy xung có tần số fCT LT - (tip theo) L Tần số mét số dựa phương pháp xác định nhiều chu kỳ mà Nx tỷ lệ với tần số cần đo đầu vào fx â Mai Quc Khánh - 04/2010 39/41 M -Đ L 4.2 TÇn sè mét số dựa phương pháp xác định chu kú Ufx TX LT fx K HTS NX ôn f0 BX Tần số mét loại có độ xác cao thường dùng để đo tần số thấp B ộ m TXC © Mai Quốc Khánh - 04/2010 40/41 Tx ⇔ N x = f o Tx To ôn Nx = B ộ m m· Nx tû lÖ với tần số cần đo đầu vào fx â Mai Quc Khỏnh - 04/2010 M Nx đầu đếm xung BĐX thời điểm kết thúc thêi gian Tx: t LT Ufx -Đ (tiếp theo) L Tần số mét số dựa phương pháp xác ®Þnh mét chu kú TX UTX t UTXC T0 t UBĐX NX t 41/41 LT M -Đ L VÀ CUỐI CÙNG LÀ B ộ m ơn CẢM ƠN © Mai Quốc Khánh - 04/2010 42/41