Giáo trình Đo lường điện điện tử (Nghề Điện tử công nghiệp Trình độ Trung cấp)

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 Điện tử công nghiệp biên soạn dựa theo chương trình đào tạo đã xây dựng ban hành năm 2021 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử cơng nghiệp hệ Trung cấp Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có 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 giờ gồm có: Bài 01 MĐ09-01: Cơ cấu đo Bài 02 MĐ09-02: Phương pháp đo đại lượng không điện Bài 03 MĐ09-03: Đo lường máy sóng Bài 04 MĐ09-04: Máy phát tín hiệu Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo khơng tránh thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hoàn 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 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 37 3.Thực hành 38 3.1 Sử dụng Volt kế 38 3.2 Sử dụng Ampe kế 39 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 59 Máy phát tần 59 1.1 Phân loại 59 1.2 Sơ đồ khối .59 1.3 Máy phát LC 60 1.4 Máy phát trộn tần số .60 1.5 Máy phát RC 60 Máy phát hàm 61 2.1 Sơ đồ khối .61 2.2 Nguyên lý .61 Thực hành 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .65 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ 09 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: Điều khiển lập trình cỡ nhỏ, Điều khiển điện khí nén học song song với môn học, mô đun sở khác linh kiện điện tử, điện bản, máy điện, điện kỹ thuật, mạch điện tử - Tính chất của mơ đun: Là mô đun kỹ thuật sở bắt buộc chương trình đào tạo trung cấp Điện tử cơng nghiệp - Ý nghĩa: Sau học xong “Đo lường điện - điện tử” học sinh 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 Học sinh ứng dụng để kiểm tra, đo đạt thông số, thiết bị mạch điện tử, tín hiệu của dạng sóng - xung mạch… - Vai trị: Giáo trình “Đo lường điện - điện tử” nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức phương pháp kỹ thuật đo lường đại lượng vật lý Mô đun Đo lường điện - điện tử mô đun đóng vai trị quan trọng mơn 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 mô đun học viên có lực - Kiến thức: + Trình bày khái niệm sai số đo lường, loại sai số biện pháp phịng tránh + Trình bày loại cấu đo dùng kỹ thuật điện, điện tử +Trình bày cấu cách sử dụng loại máy đo thông dụng kỹ thuật: VOM, DVOM, máy sóng - Kỹ năng: + Đo thông số đại lượng của 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 của + 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 bài mơ 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 Đo thời gian tần số 1 1 2 1 1 5 12 1 1 2 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 8 13 2 45 8 15 28 BÀI 1: CƠ CẤU ĐO Mã bài: MĐ09-01 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 của 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: dòng điện, điện áp, tần số, cơng suất, góc pha, điện trở,… của 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 thơng 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 của 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 của khung quay gắn chặt vào lị xo xoắn có nhiệm vụ dẫn dịng điện vào khung quay Khung quay đặt từ trường tạo hai cực của nam châm vĩnh cửu Để làm tăng ảnh hưởng của từ trường khung quay người ta đặt lõi sắt non hình trụ bên lòng của khung quay di chuyển ke hở của khơng khí lõi sắt non cực của nam châm, khe hở thường hẹp Kim thị gắn chặt vào trục quay của 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 của 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 của cấu đo cao bị ảnh hưởng của 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 600, gắn cứng trục quay lần lượt 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 của nam châm nên nhận từ trường - Khi có dịng điện chạy qua khung dây, dịng điện qua cuộn dây sinh từ trường tác dụng lên từ trường của nam châm tạo thành lực điện từ làm cuộn dây quay khe hở của nam châm làm kim thị quay theo, chiều của lực điện từ xác định theo quy tắc bàn tay trái Nhờ có lị xo cản nên kim giữ vị trí thăng ứng với lực điện từ dòng điện cho vào cuộn dây tạo nên Khi dịng 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 của nam châm qua cuộn dây, thường từ 0,1 đến 0,3 Tesla - L: chiều dài của cuộn dây - N: số vòng dây - I: trị số dịng điện Mơment quay Mq của lực điện từ F: Mq = F.W = N.B.L.W.I = Kq I (1.2) Trong đó: W bề rộng của 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 Ưu, nhược điểm ứng dụng cấu đo điện từ khung dây - Ưu điểm Góc quay của khung dây tỷ lệ thuận với dòng điện I nên cấu đo từ điện sử dụng để đo đại lượng chiều Góc quay của 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 của cấu đo có độ ổn định cao ảnh hưởng của từ trường ngồi khơng 10 Hình 3.9: Hình Lissajous hiển thị dạng sóng Đo thời gian và tần số 3.1 Khái niệm Là khoảng thời gian hai điểm của tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhận với giá trị của TIME/DIV Việc xác định tần số của tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách trên, sau nghịch đảo giá trị của chu kỳ ta tính tần số Trong kỹ thuật điện tử, thường hay dùng tín hiệu có phổ tần số rộng Dải phổ tần số bắt đầu từ tần số vài phần trăm Hz đến 1015Hz.Toàn tần phổ chia làm hai dải tần số có tính chất khác nhau: dải tần số thấp (tần số âm ) dải tần số cao (tần số sóng vơ tuyến ) Dải tần số âm gồm tần số mà tai người nghe được, tần số thấp 20MHz gọi ngoại âm tần (hạ âm), tần số cao 20kHz gọi siêu âm Những tần số của dao động điện cao 10kHz thuộc tần số vô tuyến Giới 51 hạn dùng kỹ thuật đo lường tần số cao tần tăng lên với phát triển của kỹ thuật điện tử ngày đã xác định tần số chừng độ 1.10 15 Hz Phổ của tần số sử dụng kỹ thuật điện tử chia thành nhiều dải tần số khác nhau, tính chất của dải mà yêu cầu của phép đo tần số có mức độ xác khác nhau, phương pháp đo khác Các phương pháp đo tần số thông dụng kỹ thuật điện tử là: phương pháp cầu,phương pháp so sánh phương pháp đếm Trong kỹ thuật điện tử, đo tần số dùng nhiều trường hợp như: cần khắc độ chuẩn lại máy tạo tín hiệu đo lường, máy phát, máy thu; cần xác định tần số cộng hưởng của mạch dao động; cần xác định dải thông của lọc, của mạng bốn cực, cần kiểm tra mức độ lệch tần số của thiết bị làm việc 3.2 Cách tính đo thời gian và tần số Khoảng thời gian hai điểm của tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị của TIME/DIV Chu kỳ của sóng sin xác định cách đo số vạch ngang ứng với chu kỳ nhân với giá trị của ô đặt núm điều khiển TIME/DIV Theo số liệu hình 3.2, ta có chu kỳ tần số của sóng là: 8,8 vach x0,5ms  2,2ms 2chutrinh 1    455Hz 2,2 TA TA  - Sóng A: fA 8,8 vach x0,5ms  0,73ms 6chutrinh 1    1,36kHz TB 0,73 TB  - Sóng B: fB Việc xác định tần số của tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách Sau nghịch đảo giá trị của chu kỳ ta tính tần số Ví dụ: Ở hình s/div 1ms Chu kỳ của tín hiệu dài 16 ơ, chu kỳ 16ms => f = 1/16ms = 62,5Hz Thực hành 4.1 Khảo sát sóng dao động ký Phần lý thuyết: Các núm chức điều khiển dao động ký: Hình 3.10 52 Hình 3.11 Chức Vị trí tên núm Mở tắt dao động ký Thay đổi độ chiếu sáng của tọa độ hình [“ON” Led] Đèn Led sáng núm [POWER] bật [INTENSITY] Điều chỉnh cường độ sáng của tia sáng hình hiển thị [TRACE ROT ] Điều chỉnh tia sáng nằm ngang hình [FOCUS ] Điều chỉnh độ rọi tia sáng cho hiển thị sắc nét [GND ] Nối đất vỏ máy [CAL 5VP-P ] Cho tín hiệu sóng vng, tần số 1KHz, tiện ích cho hiệu chỉnh tần số của đầu dò hay kiểm tra độ lợi mạch khuếch đại [POSITION ] Điều chỉnh vị trí tia sáng theo trục đứng hình hiển thị cho kênh [A/B], lưu ý điều khiển không làm việc chế độ [X-Y] [VOLTS/DIV ] Công tắc suy giảm cho biết điện áp đỉnh đỉnh ngõ vào tương ứng với độ chia (1cm) hình toạ độ hiển thị 10.[VARPULLx5M Khi núm vị trí kéo phía ngồi, dộ nhạy khuếch AG] đại cột dọc tăng lên lần 11 [AC-GND-DC] Cơng tắc có vị trí [AC] Tín hiệu ngõ vào AC, có khả khuếch đại lên đại theo cột dọc tần số giới hạn khoảng 10Hz (ở -3dB), thành phần tín hiệu DC bị chốt lại [GND] Cách ly mạch ngõ vào mạch ngõ vào của máy nối đất Vị trí thường dùng để chỉnh vệt sáng số cân [DC ] chỉnh khác Cả hai thành phần AC DC của tín hiệu ngõ vào áp dụng cho ngõ vào khuếch đại theo cột dọc 12 [VERT MODE Công tắc có vị trí ]: Hiển thị tia sáng kênh A [CHA ] Hiển thị tia sáng kênh B [CHB ] Hiển thị hai tia kênh A B Hai tia thường hoạt động [DUAL ] chế độ luân phiên thay Khi chế độ rẽ mạch cách kéo núm [HOLD OFF], tia sáng hiển thị hai [POWER ] 53 ngõ vào kênh A kênh B với tốc độ [500KHz] để tăng cường tầm nhìn của tín hiệu với tốc độ quét thấp [ADD ] Hiển thị tổng đại số của hai tín hiệu kênh A kênh B 13 [TRIG LEVEL ] Điều chỉnh cho tin hiệu ổn định 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 ] 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 cơng tắc đẩy vào trong, cơng tắc [SOURCE] đặt tới [CHA], công tắc [VERT MODE] đặt [CHB], máy hoạt động dao động ký hai tia [X-Y] 4.2 Phần thực hành 4.2.1 Sử dụng máy dao động ký 54 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? So sánh với lý thuyết Kiểm tra chức phím FOCUS Khi thay đổi nút hình hiển thị thay đổi nào? 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 của 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 t̀n 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 trường hợp biên độ tín hiệu có thay đổi thay đổi x1, x10 khơng? vẽ dạng sóng quan sát trường họp 55 Đo chu kỳ, tần số tín hiệu - Cho tín hiệu hình sin từ máy phát sóng có tần số 50 Hz, biên độ 5vp 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 của 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 của 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] của 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 dị dương [→] của 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, khơng điều chỉnh dao động ký Tiếp theo đặc que dò dương [→] lần lượt 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 Hình 3.14 b Đo điện trở dao động ký Từ ngõ [OUT- PUT] của nguồn [AF] lấy tín hiệu sóng sin có biên độ hiệu dụng 2v (xác định 2v Vom), ứng với tần số kHz Hình 3.15 Đặt que dò dương đến diểm [A] que dò âm đến điểm [B]  57 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 lần lượt đến điểm [C], ghi nhận giá trị h2 [ơ] vào bảng bên Sau thay đổi biên độ sóng sin từ ngõ của sóng (UAC) [OUT PUT] của nguồn [AF] từ (1.5v đến 3v) lặp lại bước đo Ghi nhận kết của h1 [ô] h2 [ô] vào bảng sau UAC (v) h1[ô] h2[ô] R1 = (h1 / h2)x R2 (Ω) 1.5 2.5 Những trọng tâm cần ý - Chức của 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 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 của mạch điện - Về kỹ năng: sử dụng thành thạo nút chức của dao động ký (OSC) Đo, xác định đọc giá trị của biên độ, điện áp thơng qua dạng tín hiệu ngõ vào - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an tồn vệ sinh cơng 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 của - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc 58 BÀI 4: MÁY PHÁT TÍN HIỆU Mã bài: MĐ09-04 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 đã 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 59 Máy phát gốc tạo tín hiệu hình sin ổn định biên độ tần số máy phát gốc định hình dáng hay đặc tính t̀n hồn của 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 của máy phát gốc nâng cao công suất đầu của 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 của mạch dao động xác định điện dung C điện cảm L chế độ tự kích của khung dao động máy phát LC thơng dụng chế tạo máy phát có dãi tần hẹp số giá trị tần số cố định 1.4 Máy phát trộn tần số Hình 4.2: Sơ đồ máy phất LC 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 của 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 60 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 R1 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 của máy phát Máy phát hàm Trong cac máy tạo tín hiệu tạo sóng sin, máy tạo xung tạo xung vng 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 của thiết bị mạch dao động đa hài hay mạch dao động tạo sóng sin kiểu cầu Wien Các dạng dao động, khơng phải 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 khơng 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 công suất xung theo yêu cầu đầu B Tín hiệu của 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 của mạch khuếch đại - Sóng vng đo thử đáp ứng tần số thấp tần số cao của mạch khuếch đại nhờ máy sóng 61 - Các sóng tam giác dùng để đo thử độ tuyến tính của mạch mà sóng tam giác truyền qua Bất kỳ méo dạng của cạnh tam giác, quan sát hình của 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 của tín hiệu để kiểm tra hoạt động của mạch cần thử với điều kiện khác của tín hiệu, kết hợp với thiết bị đo khác để thử mạch, để kiểm tra đồng hồ vơn 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 + Công 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 + Cơng 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 công tắc nguồn 62 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 của nút - Các dây nối vào OUTPUT, bật POWER Thay đổi dạng sóng tín hiệu Thay dổi t̀n tự 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 của tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số của tín hiệu có thay đổi không? - Khi thay đổi nút AMPLITUDE, biên độ của tín hiệu thay đổi từ đến 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 của tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số của tín hiệu có thay đổi khơng? - Khi thay đổi MAIN, biên độ/ tần số của tín hiệu thay đổi từ đến bao nhiêu? 63 - Khi thay đổi FINE, biên độ/ tần số của tín hiệu thay đổi từ đến bao nhiêu? - Thay đổi nút RANGE Hz/ GATE TIME Quan sát tín hiệu dao động ký Biên độ của tín hiệu có thay đổi khơng? Tần số của 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 của tín hiệu quan sát Vẽ dạng sóng Những trọng tâm cần ý - Chức của núm máy phát tín hiệu - Điều chỉnh biên độ phát tín hiệu - Điều chỉnh tần số phát tín hiệu Bài tập mở rộng và nâng cao Máy phát hàm gì? dạng hàm mà máy phát ra? Các thông số kỹ thuật quan trọng của 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 của máy theo qui trình Đo, xác định giá trị điện áp, dịng điện, biện độ của 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 của - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc Điều kiện để hoàn thành mô đun để dự thi kết thúc mô 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 mô đun có điểm trung bình mơ đun theo thang điểm 10 đạt từ 4,0 trở lên 64 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 65