Giáo trình đo lường điện điện tử (nghề cơ điện tử trình độ cao đẳng)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Đo lường Điện – Điện tử mô đun sở của nghề Cơ điện tử biên soạn dựa theo chương trình đào tạo đã xây dựng và ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Cơ điện tử hệ Cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo các giáo trình có và cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 45 gồm có: Bài 01 MĐ15-01: Cơ cấu đo Bài 02 MĐ15-02: Phương pháp đo các đại lượng không điện Bài 03 MĐ15-03: Đo lường máy sóng Bài 04 MĐ15-04: Máy phát tín hiệu Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiếu sót Rất mong nhận sự đóng góp ý kiến thầy, và bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hồn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Đỗ Hữu Hậu Nguyễn Tuấn Khanh MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN MỤC LỤC BÀI 1: CƠ CẤU ĐO Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay .8 1.1 Phân loại Có loại 1.2 Cấu tạo 1.3 Nguyên lý hoạt động .10 Ampe kế đo điện chiều (DC: direct current) 11 2.1 Nguyên lý cấu tạo 12 2.2 Cách mắc mạch đo 12 2.3 Phương pháp mở rộng thang đo (tầm đo) 12 Votl kế chiều .14 3.1 Nguyên lý cấu tạo 14 3.2 Cách mắc mạch đo 14 3.3 Phương pháp mở rộng thang đo 14 VOM/DVOM vạn .16 4.1 VOM 16 4.2 DVOM (Digital Volt Ohm Meter) 23 Thực hành 27 BÀI 2: PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN 32 Phương pháp đo 32 Giới thiệu phương pháp đo 32 2.1.Đo điện trở phương pháp đo gián tiếp 32 2.2 Đo điện trở phương pháp đo trực tiếp 34 2.3 Đo điện trở phương pháp so sánh .36 3.Thực hành 38 3.1 Sử dụng Volt kế .38 3.2 Sử dụng Ampe kế 38 BÀI 3: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HIỆN SÓNG 43 Máy sóng .43 1.1 Cấu tạo .44 1.2 Nguyên lý hoạt động .44 1.3 Các chức điều khiển mặt máy sóng 45 1.4 Ứng dụng 45 1.5 Sử dụng máy sóng 46 1.6 Các phép đo với máy sóng 46 Đo lường AC .48 2.1 Đọc giá trị đỉnh biên độ 48 2.2 Quan sát đánh giá dạng sóng 50 Đo thời gian tần số 51 3.1 Khái niệm 51 3.2 Cách tính đo thời gian tần số 52 Thực hành 52 4.1 Khảo sát sóng dao động ký 52 4.2 Phần thực hành .54 BÀI 4: MÁY PHÁT TÍN HIỆU 61 Máy phát tần .61 1.1 Phân loại 61 1.2 Sơ đồ khối 61 1.3 Máy phát LC 62 1.4 Máy phát trộn tần số 62 1.5 Máy phát RC 62 Máy phát hàm .63 2.1 Sơ đồ khối 63 2.2 Nguyên lý 63 Thực hành 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ15 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy từ đầu khóa học, trước học mơn chun mơn nghề như: SCADA , Điều khiển điện khí nén học song song với mơn học, mơ đun sở khác linh kiện điện tử, điện bản, điện kỹ thuật, mạch điện tử - Tính chất mơ đun: Là mơ đun kỹ thuật sở bắt buộc chương trình đào tạo cao đẳng Cơ điện tử - Ý nghĩa: Sau học xong “Đo lường điện - điện tử” Sinh viên biết sử dụng thành thạo dụng cụ đo thiết bị đo điện - điện tử quan trọng thực nghiệm vật lý Có kỹ phân tích thiết kế mạch đo đơn giản, từ có sở để phân tích thiết kế mạch đo hệ thống đo lường phức tạp Sinh viên ứng dụng để kiểm tra, đo đạt thông số, thiết bị mạch điện tử, tín hiệu dạng sóng - xung mạch… - Vai trị: Giáo trình “Đo lường điện - điện tử” nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức phương pháp kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý Mô đun Đo lường điện - điện tử mơ đun đóng vai trị quan trọng môn học, mô đun đào tạo nghề áp dụng việc đo lường thiệt bị điện cần có thơng số, số liệu để sửa chữa Mục tiêu mô đun: Sau học xong mơ đun học viên có lực - Kiến thức: + Trình bày khái niệm sai số đo lường, loại sai số biện pháp phòng tránh + Trình bày loại cấu đo dùng kỹ thuật điện, điện tử +Trình bày cấu cách sử dụng loại máy đo thơng dụng kỹ thuật: VOM, DVOM, máy sóng - Kỹ năng: + Đo thông số đại lượng mạch điện + Sử dụng loại máy phát tín hiệu chuẩn + Thực bảo trì, bảo dưỡng cho máy đo - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn + Sinh viên có thái độ nghiêm túc, tỉ mỉ, xác học tập Nội dung mô đun: Thời gian (giờ) Thực Số hành, thí Tên mô đun Tổng Lý Kiểm TT nghiệm, số thuyết tra thảo luận, tập Bài 1: Cơ cấu đo 12 Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu 1 với cuộn dây quay 1.1 Phân loại 1.2 Cấu tạo 1.3 Nguyên lý hoạt động Ampe kế đo điện chiều 2.1 Nguyên lý cấu tạo 2.2 Cách mắc mạch đo 2.3 Phương pháp mở rộng thang đo Vôn kê chiều 3.1 Nguyên lý cấu tạo 3.2 Cách mắc mạch đo 3.3 Phương pháp mở rộng thang đo VOM/DVOM vạn 4.1 VOM 4.2 DVOM Thực hành Bài 2: Phương pháp đo đại lượng không điện Phương pháp đo Giới thiệu phương pháp đo 2.1 Đo điện trở phương pháp đo gián tiếp 2.2 Đo điện trở phương pháp đo trực tiếp 2.3 Đo điện trở phương pháp so sánh Thực hành 3.1 Sử dụng Volt kế 3.2.Sử dụng Ampe kế Kiểm tra Bài 3: Đo lường máy sóng Máy sóng Đo lường AC 1.1 Cấu tạo 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Các chức điều khiển mặt máy sóng 1.4 Ứng dụng 1.5 Sử dụng máy sóng 1.6 Các phép đo với máy sóng 1.7 Các điểm lưu ý sử dụng máy sóng Đo lường AC 2.1 Đọc giá trị đỉnh biên độ 2.2 Quan sát đánh giá dạng sóng 1 1 2 1 1 5 12 1 1 Đo thời gian tần số 3.1 Khái niệm 3.2 Cách tính đo thời gian tần số Thực hành 4.1 Khảo sát sóng dao động ký 4.2 Phần thực hành Bài 4: Máy phát tín hiệu Máy phát tần 1.1 Phân loại 1.2 Sơ đồ khối 1.3 Máy phát LC 1.4 Máy phát trộn tần số 1.5 Máy phát RC Máy phát hàm 2.1 Sơ đồ khối 2.2 Nguyên lý Thực hành Kiểm tra Cộng 2 8 13 2 45 8 15 28 BÀI 1: CƠ CẤU ĐO Mã bài: MĐ15-01 Giới thiệu: Cơ cấu đo thành phần để tạo nên dụng cụ thiết bị đo lường dạng tương tự (Analog) số (digitals) Ở dạng tương tự (Analog) dụng cụ đo biến đổi thẳng: đại lượng cần đo như: điện áp, tần số, góc pha,… biến đổi thành góc quay α phần động (so với phần tĩnh), tức biến đổi từ lượng điện từ thành lượng học Các cấu thị thường dùng dụng cụ đo đại lượng: dịng điện, điện áp, tần số, cơng suất, góc pha, điện trở,… mạch điện chiều xoay chiều tần số công nghiệp Hiện số (digital) cấu thị số ứng dụng kỹ thuật điện tử kỹ thuật máy tính để biến đổi thị đại lượng đo Có nhiều loại thiết bị số khác như: đèn sợi đốt, LED đoạn, hình tinh thể lỏng LCD, hình cảm ứng,… Mục tiêu: - Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị đo lường dùng kim thị số thông dụng kỹ thuật điện, điện tử - Có ý thức trách nhiệm bảo quản thiết bị dụng cụ Nội dung chính: Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay 1.1 Phân loại Có loại - Loại có khung dây động - Loại có hai khung dây động 1.2 Cấu tạo - Cơ cấu nầy ký hiệu mặt máy đo sau: 1.2.1 Loại có khung dây động - Cơ cấu từ điện gồm hai phần thể hình 1.1 Phần tĩnh cấu thị từ điện gồm có: nam châm vĩnh cửu, mạch từ, cực từ lõi sắt Các phận hình thành mạch từ kín, cực từ lõi sắt có khe hở để tạo từ trường khe hở, có khung quay chuyển động Đường sức qua khe hở làm việc hướng tâm điểm Trong khe hở có độ từ cảm b điểm Từ trường theo chiều vào cực nam cực bắc Hình 1.1: Cơ cấu thị từ điện Khung quay: Gồm có khung nhơm hình chữ nhật khung có quấn dây đồng nhỏ cỡ 0.03 – 0.2 mm (cũng có trường hợp khung quay khơng có lõi nhơm bên điện kế) Khung quay gắn vào trục quay hình 1.2a dây căng hay dây treo hình 1.2b, trục quay đặt hai điểm tựa hai đầu trục Như khung quay nhờ trục quay nên gọi khung khung quay Ở hai đầu khung quay cịn gắn chặt vào lị xo xoắn có nhiệm vụ dẫn dòng điện vào khung quay Khung quay đặt từ trường tạo hai cực nam châm vĩnh cửu Để làm tăng ảnh hưởng từ trường khung quay người ta đặt lõi sắt non hình trụ bên lịng khung quay di chuyển ke hở khơng khí lõi sắt non cực nam châm, khe hở thường hẹp Kim thị gắn chặt vào trục quay khung quay Vì khung quay di chuyển kim thị di chuyển tương ứng Trong cấu đo từ điện, chất lượng nam châm vĩnh cửu ảnh hưởng lớn đến độ xác dụng cụ đo Do đó, yêu cầu nam châm vĩnh cửu tạo từ cảm b lớn khe hở làm việc, ổn định theo thời gian nhiệt độ Trị số từ cảm b lớn moment quay tạo lớn nên độ nhạy cấu đo cao bị ảnh hưởng từ trường ngồi Hình 1.2: a khung quay – loại trục quay b khung quay – dây treo 1.2.2 Loại có hai khung dây động Phần tĩnh giống cấu khung dây khe hở khơng khí cực từ lõi sắt non không - Phần động ta đặt hai cuộn dây chéo 60 0, gắn cứng trục quay cho dòng điện I1và I2 chạy qua cho chúng sinh hai mômen quay ngược chiều nhau, phần động khơng có lị so cản thể hình 1.3 Hình 1.3: Loại có hai khung dây động 1.3 Nguyên lý hoạt động 1.3.1 Loại có khung quay - Bình thường, cuộn dây nằm khe hở nam châm nên nhận từ trường - Khi có dịng điện chạy qua khung dây, dòng điện qua cuộn dây sinh từ trường tác dụng lên từ trường nam châm tạo thành lực điện từ làm cuộn dây quay khe hở nam châm làm kim thị quay theo, chiều lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Nhờ có lò xo cản nên kim giữ vị trí thăng ứng với lực điện từ dịng điện cho vào cuộn dây tạo nên Khi dòng điện vào cuộn dây lị xo kéo kim vị trí ban đầu Lực điện từ dịng điện sinh tính theo cơng thức 1.1: F= B.L.N.I (1.1) Trong đó: - B: cường độ từ cảm nam châm qua cuộn dây, thường từ 0,1 đến 0,3 Tesla - L: chiều dài cuộn dây - N: số vòng dây - I: trị số dịng điện Mơment quay Mq lực điện từ F: Mq = F.W = N.B.L.W.I = Kq I (1.2) Trong đó: W bề rộng khung quay, Với Kq = N.B.L.W Lò xo (hoặc dây treo) tạo moment cản Mc với Mc = Kc. (1.3) Trong đó: Kc hệ số xoắn lị so, : góc quay kim Hình 1.4: Nguyên lý khung quay Ưu, nhược điểm ứng dụng cấu đo điện từ khung dây - Ưu điểm Góc quay khung dây tỷ lệ thuận với dòng điện I nên cấu đo từ điện sử dụng để đo đại lượng chiều Góc quay khung dây tỷ lệ thuận với dòng điện I nên thang đo chia vạch Độ nhạy cấu đo cao khơng đổi tồn thang đo Cơ cấu đo từ điện có độ xác cao đạt đến cấp xác 0.5% Vì phần tử cấu đo có độ ổn định cao ảnh hưởng từ trường ngồi khơng 10 [ADD ] 13 [TRIG LEVEL ] 14 [COUPLING ] [AUTO ] [NORM ] [TV-V ] [TV-H ] 15 [SOURCE ] [CHA ] [CHB ] [LINE ] [EXIT ] 16 [HOLD –OFF] [PULL CHOP ] 17 [EXT TRIG ] 18 [POSITION] [PULL x10 MAG ] 19 [TIME/DIV ] 20 [VAR ] 21 [X-Y ] cách kéo núm [HOLD OFF], tia sáng hiển thị hai ngõ vào kênh A kênh B với tốc độ [500KHz] để tăng cường tầm nhìn tín hiệu với tốc độ quét thấp Hiển thị tổng đại số hai tín hiệu kênh A kênh B Điều chỉnh cho tin hiệu ổn định Chọn chế độ kích Đối với mạch kích tự động, tia sáng chạy tự chưa có tín hiệu kích đầy đủ Đối với mạch kích bình thường, khơng có tia qt xuất tín hiệu kích khơng gặp biên độ [TRI LEVEL] ấn định độ dốc Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số cao tín hiệu hình ảnh kết hợp Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số thấp tín hiệu hình ảnh kết hợp Chọn tín hiệu nguồn kích sau: Tín hiệu kênh A Tín hiệu kênh B Tần số tín hiệu xoay chiều Tín hiệu áp dụng cho phần nối vào {EXT TRIG] từ ngồi Điều chỉnh sóng tín hiệu đo lường hiển thị dạng sóng phức tạp Nút thường kết hợp núm [TRIG LEVEL] để hiển thị dạng sóng ổn định đứng yên Khi núm kéo phía ngồi, dao động ký hiển thị tín hiệu hai tia bị phần lúc quét (đóng –mở cho hiển thị hai tia) Hầu hết thường sử dụng tần số quét thấp Khi núm đẩy vào trong, dao động ký làm việc chế độ luân phiên Khi tia sáng kênh A nằm tia quét vệt sáng kênh B nằm tia quét lại.Hầu hết sử dụng tốc độ quét cao Kết nối với tín hiệu kích bên ngồi đưa đến cổng giao tiếp Để sử dụng trước tiên đặt cơng tắt [SOURCE] (24)đến vị trí [EXT] Đẩy vị trí tia sáng nằm ngang màng hình ống Catot, điều chỉnh làm viêc chế độ [X-Y} Khi nùm kéo phía ngồi, tia sáng nằm ngang trải với hệ số nhân 10 Núm chọn mức thời gian cho chùm tia để quét độ chia chuẩn định (1cm) hình Điều chỉnh liên tục thời gian quét vùng chọn vùng thấp kế bên Chu kỳ quét chuẩn định cách xoay núm [CAR] tới vị trí [CAL’d] Khi công tắc đẩy vào trong, công tắc [SOURCE] đặt tới [CHA], công tắc [VERT MODE] đặt [CHB], máy hoạt động dao động ký hai tia [X-Y] 54 4.2 Phần thực hành 4.2.1 Sử dụng máy dao động ký Mục đích yêu cầu Tạo kỹ sử dụng máy dao động ký phương pháp, an toan sử dụng, trình tự vận hành Các thiết bị sử dụng - Dao động ký; Nguồn phát sóng âm tần (Giáo viên điều chỉnh biên độ tần số máy phát tần để sinh viên thực hiện); Đồng hồ VOM, Dây đo dao động ký (2 dây), Dây tín hiệu máy phát sóng Các bước thực hành Kiểm tra chức INTENSITY Khi thay đổi nút hình hiển thị nào? Giải thích? So sánh với lý thuyết Kiểm tra chức phím FOCUS Khi thay đổi nút hình hiển thị thay đổi nào? Giải thích? So sánh với lý thuyết Tạo tín hiệu ghép AC + DC từ máy phát sóng: AC sóng sin tần số 50Hz, DC 10v quan sát để phân biệt hai chế độ ghép AC, DC (sử dụng nút OFFSET máy sóng) Ở chế độ AC, quan sát tín hiệu nào? Ở chế độ DC quan sát tín hiệu nào? Vẽ tín hiệu quan sát Sử dụng kết hợp chế độ bắt tín hiệu Trigger giữ tín hiệu Hold để đồng tín hiệu sóng vng tuần hồn từ máy phát sóng có tần số 20KHz Nhận xét: Đo biện độ tín hiệu - Xác định đường GND - Cho tín hiệu sin 50Hz từ máy phát sóng Xác định biên độ tín hiệu hiển thị dao động ký Thay đổi biên độ tín hiệu máy phát sóng)v đến 10v Kiểm tra so sánh giá trị hiển thị trênVOM Nhận xét: - Thay đổi nút chỉnh VOL/DIV Quan sát tín hiệu dao động ký Tín hiệu thay đổi Xác định biên độ tín hiệu hiển thị dao động ký cho trường hợp biên độ tín hiệu có thay đổi giá trị VOL/DIV không? - Thay đổi vị trí x1,x10 que đo Quan sát tín hiệu dao động ký tín hiệu thay đổi nào? xác định biên độ tín hiệu hiển thị dao động ký cho 55 trường hợp biên độ tín hiệu có thay đổi thay đổi x1, x10 khơng? vẽ dạng sóng quan sát trường họp Đo chu kỳ, tần số tín hiệu - Cho tín hiệu hình sin từ máy phát sóng có tần số 50 Hz, biên độ 5v p xác định tần số, chu kỳ tín hiệu hiển thị dao động ký Kiểm tra so sánh giá trị tạo máy phát sóng Nhận xét - Thay đổi nút chỉnh TIME/DIV Quan sát tín hiệu dao động ký Tín hiệu thay đổi nào? Xác định chu kỳ, tần số tín hiệu hiển thị dao động ký cho trường hợp Chu kỳ, tần số tín hiệu có thay đổi thay đổi giá trị TIME/DIV không? - Thay đổi vị trí x1, x10 que đo Quan sát tín hiệu dao động ký Tín hiệu thay đổi nào? Xác định chu kỳ, tần số tín hiệu hiển thị dao động ký cho trường hợp Chu kỳ, tần số tín hiệu có thay đổi thay đổi vị trí x1, x10 que đo? 4.2.2 Khảo sát mạch dao động ký a Khảo sát mạch phân điện trở dao động ký Hình 3.12 Các thiết bị trang thái sẵn sàng, mắc mạch hình 3.12 Từ ngõ [OUT – PUT] nguồn [AF] lấy tín hiệu hình sin có giá trị 2v ngõ (xác định 2v VOM), ứng với tần số 1kHz Sau đưa tín hiệu tới cầu phân điểm [A] [D], vào dao động ký hình 3.13 56 Hình 3.13 Trước hết que dò dương [→] dao động ký nối với điểm [A] điều chỉnh núm xoay: [VOLTS/DIV], [TIME/DIV], [POSITION ], [TRIGGER LEVER], để có sóng đứng im, biên độ [h] khoảng [4→6] hình, giữ ngun, không điều chỉnh dao động ký Tiếp theo đặc que dò dương [→] đến diểm B,C thay đổi vị trí que dị dương B,C khơng thay đổi vị trí núm điều chỉnh dao động ký) Quan sát vẽ lại sóng xuất dao động ký Giải thích dạng sóng vừa vẽ Hình 3.14 b Đo điện trở dao động ký Từ ngõ [OUT- PUT] nguồn [AF] lấy tín hiệu sóng sin có biên độ hiệu dụng 2v (xác định 2v Vom), ứng với tần số kHz 57 Hình 3.15 Đặt que dị dương đến diểm [A] que dò âm đến điểm [B] Điều chỉnh núm xoay [VOLTS/DIV], [TIME/DIV], [POSITION ], [TRIGGER LEVER], để có sóng đứng im hình dao động ký Ghi nhận giá trị biên độ h1 [ô] vào bảng Giữ nguyên núm điều chỉnh nguồn [AF] dao động ký Tiếp theo đặt que dò dương đến điểm [C], ghi nhận giá trị h2 [ô] vào bảng bên Sau thay đổi biên độ sóng sin từ ngõ sóng (UAC) [OUT PUT] nguồn [AF] từ (1.5v đến 3v) lặp lại bước đo Ghi nhận kết h1 [ô] h2 [ô] vào bảng sau UAC (v) h1[ô] h2[ô] R1 = (h1 / h2)x R2 (Ω) 1.5 2.5 c Đo diện dung dao động ký Từ ngõ [OUT – PUT] nguồn [AF] lấy tín hiệu sóng sin có biên độ hiệu dụng 2v (xác định 2v VOM), ứng với tần số 1kHz sau mắc mạch hình 3.16 Hình 3.16 Đặt que dò dương đến điểm [D] que dò âm đến [E] 58 Điều chỉnh núm xoay [VOLTS/DIV], [TIME/DIV], [POSITION ], [TRIGGER LEVER], để có sóng đứng im hình dao động ký Ghi nhận giá trị biên độ h1 [ơ] sóng UDE vào bảng Giữ nguyên núm điều chỉnh nguồn [AF] dao động ký Tiếp theo đặt que dò dương đến điểm [F], ghi nhận giá trị h2 [ơ] sóng UEF vào bảng bên Sau thay đổi tần số sóng sin từ nguồn [AF]: f(1kHz đến 3kHz) lặp lại bước đo Ghi nhận kết h1 h2 [ô] vào bảng sau f (kHz) h1[ô] h2[ô] L =? (H) 1.5 2.5 d Đo điện cảm dao động ký - Từ ngõ [OUT – PUT] nguồn [AF] lấy tín hiệu sóng sin có biên độ hiệu dụng 2v (xác định 2v VOM), ứng với tần số 1kHz sau mắc mạch hình 3.17 Hình 3.17 Chọn R= 39Ω 18Ω, 82Ω, đặt que dò dương đến điểm [A] que dò âm đến điểm [B] - Điều chỉnh núm xoay [VOLTS/DIV], [TIME/DIV], [POSITION ], [TRIGGER LEVER], để có sóng đứng im hình dao động ký - Ghi nhận giá trị biên độ h1 [ô] sóng UAB vào bảng - Giữ nguyên núm điều chỉnh nguồn [AF] dao động ký - Tiếp theo đặt que dò dương đến điểm [C], ghi nhận giá trị h2 [ô] sóng UAC vào bảng bên Sau thay đổi tần số sóng sin từ nguồn [AF]: f(1kHz đến 3kHz) lặp lại bước đo Ghi nhận kết h1 h2 [ô] vào bảng sau Với cơng thức tính L tự xác định f (kHz) h1[ô] h2[ô] L =? (H) 1.5 59 2.5 Những trọng tâm cần ý - Chức núm máy đo sóng - Cách tính biên độ - Cách tính tần số Bài tập mở rộng nâng cao Bài 1: Trình bày phương pháp bước tiến hành đo mức điện áp chiều dao động ký Bài 2: Trình bày phương pháp bước tiến hành đo biên độ tín hiệu dao động ký Bài 3: Khi cần đo mức áp chiều mạch điện tử để xác định chế độ phân cực cho linh kiện cần phải lưu ý đến điều Bài 4: Những quy tắc an toàn cần lưu ý tiến hành thực nghiệm với dao động ký máy phát hàm Yêu cầu đánh giá kết học tập bài Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày phương pháp sử dụng máy sóng để đọc, đo thơng số kỹ thuật mạch điện - Về kỹ năng: sử dụng thành thạo nút chức dao động ký (OSC) Đo, xác định đọc giá trị biên độ, điện áp thơng qua dạng tín hiệu ngõ vào - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành lắp ráp, mạch điện theo yêu cầu - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 60 BÀI 4: MÁY PHÁT TÍN HIỆU Mã bài: MĐ15-04 Giới thiệu: Trong kỹ thuật điện tử, để phục vụ cho việc khảo sát, tính tốn, thiết kế hay sửa chữa, người ta dùng loại máy phát sóng để có dạng sóng với tần số biên độ chuẩn Mục tiêu: - Trình bày cấu trúc, hoạt động, sử dụng máy phát tín hiệu phục vụ cho đo lường - Có tinh thần trách nhiệm việc bảo quản thiết bị học tập Nội dung chính: Máy phát tần 1.1 Phân loại Máy phát tín hiệu đo lường nguồn phát tín hiệu chuẩn ổn định với thông số biết biện độ, tần số dạng (sóng) tín hiệu Máy phát tín hiệu đo lường phân thành loại Theo khoảng tần số Máy phát tín hiệu tần số thấp < 20Hz tai người nghe Máy phát tín hiệu tần số thấp từ 20Hz đến 200KHz Máy phát âm tần: 20Hz đến 20KHz khoảng tần số người nghe 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 tín hiệu Máy phát xung vng Máy phát sóng hình sin Máy phát dạng sóng đặc biệt (xung tam giác, xung cưa, xung hình tam giác) Máy phát có tần số thay đổi Máy phát ồn Theo dạng 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 pha xung Máy phát xung với điều chế tổng hợp (cùng lúc thực nhiều dạng điều chế) 1.2 Sơ đồ khối Hình 4.1: Máy phát tín hiệu 61 Máy phát gốc tạo tín hiệu hình sin ổn định biên độ tần số máy phát gốc định hình dáng hay đặc tính tuần hồn tín hiệu Máy phát gốc thường máy phất LC, máy phát trộn tần, máy phát RC Bộ khuếch đại dùng để khuếch đại tín hiệu máy phát gốc nâng cao công suất đầu máy phát Bộ phận đầu bao gồm phân áp biến áp dùng để điều chỉnh kiểm tra biên độ đầu cho mắc tải vào máy phát đạt công suất cực đại độ méo phi tuyến nhỏ 1.3 Máy phát LC Trong máy phát LC tần số mạch dao động xác định điện dung C điện cảm L chế độ tự kích khung dao động máy phát LC thơng dụng chế tạo máy phát có dãi tần hẹp số giá trị tần số cố định Hình 4.2: Sơ đồ máy phất LC 1.4 Máy phát trộn tần số Hình 4.3: Sơ đồ máy phát trộn tần Máy phát gốc gồm máy phát LC cao tần có tần số f gần giống nhau, trộn tần lọc thấp tần Máy phát tần cố định phát f1, máy phát tần số hiệu chỉnh phát tần số f2 Điện áp máy phát đưa qua mạch lặp lại emitter đến trộn tần (tạo hỗn hợp tần số ± mf1 ± nf2 - m, n số nguyên) tần số f = f2-f1 Bộ lọc cho qua hiệu số tần số f = f2-f1, sau qua khuếch đại qua phân áp đến đầu Trước phân áp mắc thêm volt kế để đo mức điện áp Các giá trị f1, f2 chọn cho hiệu tần số f nằm dải tần số thấp, chẳng hạn f1 = 180KHz, f2 = 180 ÷ 200KHz ∆f = ÷ 20KHz 1.5 Máy phát RC Hình 4.4: máy phát trộn tần RC 62 Máy phát gốc khuếch đại hai tầng với phản hồi dương tần số mạch RC Mạch tảo di pha bao gồm điện trở tụ điện R C1 R2 C2 theo sơ dồ cầu bảo đảm tự kích tần số xác định Mạch phản hồi âm mạch phân áp điện trở nhiệt R3 có hệ số nhiệt điện trở âm điện trở R4 , từ lấy điện áp phản hồi âm Giả sử điện áp tăng, dao động mạch phản hồi âm tăng dẫn đến giảm điện trở nhiệt R3 làm tăng điện áp rơi R4 (phản hồi âm) làm cho điện áp giảm đến giá trị định mức cố định điện áp máy phát Máy phát hàm Trong cac máy tạo tín hiệu tạo sóng sin, máy tạo xung tạo xung vuông chữ nhật, máy tạo hàm tạo loại dạng sóng khác nhau; sóng sin, xung vng, chữ nhật, tam giác tín hiệu cưa Các dạng sóng khác nahu tạo máy tạo hàm lấy đồng thời mạch dao động thiết bị mạch dao động đa hài hay mạch dao động tạo sóng sin kiểu cầu Wien Các dạng dao động, sóng sin biến đổi từ sóng sin mạch sữa dạng kiểu điện trở - diode Các dao động có dạng biến đổi thành xung mạch kích khởi trigo Schmitt 2.1 Sơ đồ khối Hình 4.5: Sơ đồ khối máy taọ hàm 2.2 Nguyên lý Mạch dao động cầu Wien tạo tín hiệu sóng sin có băng tần rộng, từ vài hertz đến dãi Megahertz Bộ khuếch đại đệm bảo tín hiệu dao động không bị suy giảm Mạch khuếch đại công suất mạch suy giảm mức tín hiệu tạo sóng sin đầu A Bộ tạo xung sử dụng mạch kích Schmitt để biến đổi sóng sin thành xung Bộ điều chỉnh dạng xung tạo xung có độ rộng cơng suất xung theo u cầu đầu B Tín hiệu mạch kích khởi schmitt cung cấp đến mạch tích phân opamp đến mạch điều hịa tín hiệu để có sóng tam giác đầu C chuyển mạch UJT biến đổi sóng tam giác thành tín hiệu cưa, sau điều hịa tín hiệu có đầu D Các cơng dụng máy tạo hàm - Tín hiệu sóng sin dùng để đo thử hệ số khuếch đại mạch khuếch đại - Sóng vng đo thử đáp ứng tần số thấp tần số cao mạch khuếch đại nhờ máy sóng 63 - Các sóng tam giác dùng để đo thử độ tuyến tính mạch mà sóng tam giác truyền qua Bất kỳ méo dạng cạnh tam giác, quan sát hình máy sóng, cho biết độ khơng tuyến tính tạo mạch khuếch đại - Tín hiệu rẳng cưa dùng để đo thử tạo sóng quét mạch khuếch đại quét máy thu hình, máy sóng monitor Hướng dẫn sử dụng máy phát sóng âm tần AF hình 4.6 Máy phát sóng thiết bị tạo tín hiệu cần để thử, điều chỉnh sửa chữa mạch Máy phát sóng cho phép điều chỉnh tần số, biên độ dạng sóng đặc tính điều biên tín hiệu để kiểm tra hoạt động mạch cần thử với điều kiện khác tín hiệu, kết hợp với thiết bị đo khác để thử mạch, để kiểm tra đồng hồ vôn kế, dao động kế,… Hình 4.6: Mặt trước máy phát âm tần Vị trí núm điều chỉnh Freqency Hz Freq.Range Power Wave Form 5.Sync Fine Control High – Low output Led Chức + Núm xoay chọn tần số Hz để chọn tần số tín hiệu ngõ + Cơng tắc dùng để chọn dải tần số  x 1-10-100 Hz  x 10 -100 -1kHz  x 100 -1kHz – 10kHz  x kHz – 10 – 100 kHz  x 10 kHz – 100 – 1MHz + Công tắt nguồn xoay chiều + Cơng tắt chọn dạng sóng tín hiệu ngõ sóng sin hay sóng vng + Ngõ vào nối tiếp với tín hiệu đồng tần số ngồi + Núm điều chỉnh biên độ tín hiệu + Công tắt ấn định mức ngõ mức (Low) ngõ bị giảm xuống 1/10 (20dB) + Chỗ kết nối tín hiệu ngõ đến tải, tổng trở nguồn xấp xỉ 600Ω + Đèn LED sáng bật cơng tắc nguồn 64 Thực hành Hình 4.7: Mặt trước máy phát sóng Tìm hiểu máy phát sóng - Quan sát máy phát sóng Ghi lại nút có máy phát sóng Chức nút - Các dây nối vào OUTPUT, bật POWER Thay đổi dạng sóng tín hiệu Thay dổi phím FUNCTION, quan sát dạng sóng dao động ký, vẽ dạng sóng Thay đổi dạng sóng tín hiệu - Tạo sóng sin tần số 50hz Quan sát tín hiệu dao động ký vẽ dạng sóng quan sát - Thay đổi nút AMPLITUDE máy phát sóng đồng thời quan sát tín hiệu dao động ký, biên độ tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số tín hiệu có thay đổi không? - Khi thay đổi nút AMPLITUDE, biên độ tín hiệu thay đổi từ đến bao nhiêu? - Nhấn phím -30dB biên độ tín hiệu thay đổi khơng? Tần số tín hiệu có thay đổi khơng? Độ nhay bao nhiêu? - Reset thay đổi OFFSET Quan sát tín hiệu dao động ký vẽ dạng sóng Nhận xét Thay đổi tần số tín hiệu - Tạo sóng hình sin, chọn nút RANGE Hz/ GATE TIME - Thay đổi nút MAIN máy phát sóng đồng thời quan sát tín hiệu dao động ký, biên độ tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số tín hiệu có thay đổi khơng? 65 - Khi thay đổi MAIN, biên độ/ tần số tín hiệu thay đổi từ đến bao nhiêu? - Khi thay đổi FINE, biên độ/ tần số tín hiệu thay đổi từ đến bao nhiêu? - Thay đổi nút RANGE Hz/ GATE TIME Quan sát tín hiệu dao động ký Biên độ tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số tín hiệu có thay đổi khơng? Thay đổi nào? Thay đổi chu kỳ làm việc (Duty cycle) - Tạo sóng vng, chọn nút 100Hz RANGE Hz/ GATE TIME - Nhấn núm RAMP/PULSE vào trong, quan sát tỷ lệ chu kỳ làm việc với chu kỳ tín hiệu quan sát Vẽ dạng sóng - Kéo núm RAMP/PULSE ngoài, điều chỉnh quan sát tỷ lệ chu kỳ làm việc với chu kỳ tín hiệu quan sát Tỷ lệ thay đổi phạm vi từ đâu đến đâu? Những trọng tâm cần ý - Chức núm máy phát tín hiệu - Điều chỉnh biên độ phát tín hiệu - Điều chỉnh tần số phát tín hiệu Bài tập mở rộng nâng cao Máy phát tín hiệu chuẩn gì? chức Trình bày sơ đồ khối máy phát tín hiệu chuẩn Máy phát hàm gì? dạng hàm mà máy phát ra? Các thông số kỹ thuật quan trọng máy phát hàm gì? Yêu cầu đánh giá kết học tập bài Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày cấu trúc, hoạt động, sử dụng máy phát tín hiệu phục vụ cho đo lường - Về kỹ năng: Sử dụng thành thạo nút chức máy theo qui trình Đo, xác định giá trị điện áp, dịng điện, biện độ tín hiệu theo phương pháp đo , - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về kỹ năng: Đánh giá kỹ thực hành lắp ráp, mạch điện theo yêu cầu - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 66 Điều kiện để hồn thành mơ đun để dự thi kết thúc mơ đun: + Người học tham dự 70% thời gian học lý thuyết đầy đủ học tích hợp, học thực hành, thực tập + Điểm trung bình chung điểm kiểm tra đạt từ 5,0 điểm trở lên theo thang điểm 10; + Người học có giấy xác nhận khuyết tật theo quy định hiệu trưởng xem xét, định ưu tiên điều kiện dự thi sở sinh viên phải bảo đảm điều kiện điểm trung bình điểm kiểm tra + Số lần dự thi kết thúc mô đun theo quy định khoản Điều 13 Thông tư 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13 tháng năm 2017 Điều kiện để công nhận, cấp chứng nhận đạt mô đun đào tạo: Người học công nhận cấp chứng nhận đạt mơ đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4,0 trở lên 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ Thuât Đo Điện, Nguyễn Ngọc Tân - Ngô Văn Kỳ, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh [2] Cơ Sở Kỹ Thuật Đo Lường Điện Tử, Vũ Quý Điềm, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật [3] Giáo Trình Đo Lường Điện Tử, Dư Quang Bình, Đại Học Đà Nẵng [4] Dụng cụ đo điện, Nguyễn Trọng Quế, NXB KHKT, Hà Nội [5] Kỹ thuật đo lường điện điện tử, Lưu Thế Vinh, Đại học Đà Lạt [6] Measurement Systems-Application and Design, Ernest O Doebelin, 5st edition, Mc Graw-Hill 68