Giáo trình Đo lường điện điện tử (Nghề Điện tử dân dụng 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 dân dụng biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng ban hành năm 2017 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng 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 MĐ11-01: Đơn vị đo Bài 02 MĐ11-02: Sai số đo Bài 03 MĐ11-03: Cơ cấu đo Bài 04 MĐ11-04: Phương pháp đo các đại lượng điện Bài 05 MĐ11-05: Phương pháp đo các đại lượng không điện Bài 06 MĐ11-06: Dao động ký Bài 07 MĐ11-07: Đo lường máy hiện sóng 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 2018 Tham gia biên soạn Ths Chủ biên: Đỗ Hữu Hậu Ths Nguyễn Tuấn Khanh MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀI 1: ĐƠN VỊ ĐO Các đơn vị hệ SI Các đơn vị điện hệ SI BÀI 2: SAI SỐ ĐO 11 1.Đo lường 11 2.Sai số: 14 Thị sai 15 BÀI 3: CƠ CẤU ĐO 17 1.Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay 17 Ampe kế đo điện chiều (DC: direct current ) 19 Votl kế chiều 20 VOM/DVOM vạn 21 BÀI 4: PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐIỆN 25 Lý thuyết cầu xoay chiều 25 Cầu điện dung 26 Cầu điện cảm 27 BÀI 5: PHƯƠNG PHÁP ĐO CÁC ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIỆN 29 Phương pháp đo 29 Volt kế 34 Ampe kế 35 4.Cầu Wheatstone 36 BÀI 6: DAO ĐỘNG KÝ 39 Máy phát tần 39 Máy phát hàm 41 BÀI 7: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HIỆN SÓNG (OSCILLOSCOPE) 45 Đo lường AC 45 Đo thời gian tần số 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ 11 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 học song song với mơn khác chế tạo mạch in hàn linh kiện, linh kiện điện tử, điện bản, điện kỹ thuật - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa: Là mô đun bắt buộc, sau học xong “đo lường điện - điện tử” phải biết sử dụng thành thạo dụng cụ đo thiết bị đo 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 Người học ứng dụng để kiểm tra, đo đạt thơng số, thiết bị mạch điện, 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 mơ đun đóng vai trị quan trọng môn 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 + Trình bày cấu cách sử dụng loại máy phát: Âm tần, cao tần… - 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: Số TT Tên bài mô đun Bài 1: Đơn vị đo Tổng số 1 Các đơn vị hệ SI Các đơn vị điện hệ SI 6 Bài 2: Sai số đo Đo lường Sai số đo lường Thị sai Bài 3: Cơ cấu đo Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay Ampe kế đo điện chiều Vôn kê chiều VOM/DVOM vạn Bài 4: Phương pháp đo đại lượng điện Lý thuyết cầu xoay chiều Cầu điện dung Cầu điện cảm Bài 5: Phương pháp đo đại lượng không điện Phương pháp đo Vôn kế Ampe kế Cầu Wheatstone Bài 6: Dao động ký Máy phát tần Máy phát xung Bài 7: Đo lường máy sóng Đo lường AC Đo thời gian tần số Cộng Thời gian (giờ) Thực hành, thí nghiệm, Lý thảo luận, thuyết tập Kiểm tra 0.5 0.5 12 0.5 0.25 0.25 1 2 2 0.5 0.5 1 0.5 0.5 0.5 0.5 1 1.5 1.5 3 1 4 15 28 11 45 BÀI 1: ĐƠN VỊ ĐO Mã bài: MĐ11-01 Giới thiệu Đơn vị đo đại lượng vật lý (khối lượng, thời gian, độ dài, ) chọn cách độc lập, chúng thể tính chất của giới vật chất gọi đơn vị Các đơn vị định nghĩa theo chuẩn gốc quốc tế với độ xác cao mà khoa học kỹ thuật đạt Các đơn vị thành lập sở đơn vị thông qua công thức biểu diễn định luật vật lý dùng để đo đại lượng vật lý dẫn xuất gọi đơn vị dẫn xuất Phần lớn đơn vị vật lý học đơn vị dẫn xuất Phương trình biểu diễn mối liên hệ đơn vị dẫn xuất đơn vị gọi công thức thứ nguyên Đơn vị của đại lượng biểu diễn qua phương trình thứ ngun Mục tiêu: Trình bày đơn vị của hệ thống hệ thống điện thông dụng quốc tế (SI) Rèn luyện tính tư duy, cẩn thận xác đo lường đại lượng Nội dung chính: Các đơn vị hệ SI 1.1 Các đơn vị Năm 1960, Đại hội toàn thể lần thứ XI Pari của Ủy ban quốc tế đo lường đã thức thơng qua hệ đơn vị đo lường quốc tế SI Hệ SI hàng loạt tổ chức Quốc tế Tổ chức Quốc tế Tiêu chuẩn Đo lường (ISO), Ủy ban Tiêu chuẩn của Hội đồng kinh tế Châu Âu, Hội đồng tương trợ kinh tế nước XHCN (cũ), mà Việt Nam thành viên thừa nhận Trên bảng 1.1 trình bày tên gọi, ký hiệu đơn vị đo của đại lượng vật lý bản, đơn vị bổ trợ dùng để đo góc phẳng góc khối Các đơn vị cịn lại vật lý học đơn vị dẫn xuất Bảng 1.1: Tên gọi, ký hiệu và đơn vị đo đại lượng STT Các đại lượng vật lý Tên gọi Đơn vị đo Ký hiệu Tên đơn vị Ký hiệu Chiều dài l metre m Khối lượng kg m kilogram Thời gian s t second (giây) Nhiệt độ K T Kelvin Cường độ dòng điện A I Ampere Cường độ sáng cd J candela Lượng vật chất mol n mole  Góc phẳng radian rad Góc khối steradian sr  1.2 Đơn vị lực ( N) Trong vật lý, lực đại lượng vật lý dùng để biểu thị tương tác vật, làm thay đổi trạng thái chuyển động làm biến đổi hình dạng của vật Lực miêu tả nhiều cách khác đẩy kéo Lực tác động vào vật thể làm xoay biến dạng, thay đổi ứng suất, chí thay đổi thể tích Lực bao gồm hai yếu tố độ lớn hướng Theo định luật Newton II, F=ma, vật thể có khối lượng khơng đổi tăng tốc theo tỉ lệ định với lực tổng hợp theo khối lượng của vật Newton (viết tắt N) đơn vị đo lực hệ đo lường quốc tế (SI), lấy tên của nhà bác học Isaac Newton Nó đơn vị dẫn xuất SI nghĩa định nghĩa từ đơn vị đo Cụ thể lực khối lượng nhân gia tốc (định luật Newton): Trong đó: F: Lực, đơn vị Newton (N) m: Khối lượng, đơn vị kg a: Gia tốc, đơn vị m/s2 1.3 Đơn vị công (J) Công học, gọi tắt công, lượng thực có lực tác dụng lên vật thể làm vật thể điểm đặt của lực chuyển dời Công học thu nhận vật thể chuyển hóa thành thay đổi cơng của vật thể, nội của vật thể không đổi Cơng xác định tích vơ hướng của véctơ lực véctơ quảng đường đi: A=F.s Trong đó: - A cơng, SI tính theo “J” - F véc-tơ lực không biến đổi quãng đường di chuyển, SI tính theo “N” - s véc-tơ quãng đường thẳng mà vật di chuyển, SI tính theo “m” 1.4 Đơn vị lượng Năng lượng đại lượng vật lý đặc trưng để xác định định lượng chung cho dạng vận động của vật chất Năng lượng theo lý thuyết tương đối của Albert Einstein thước đo khác của lượng vật chất xác định theo công thức liên quan đến khối lượng tồn phần E = mc² Trong : - E : lượng, hệ SI đơn vị kg (m/s)² - m: khối lượng , đơn vị kg - c: Tốc độ ánh sáng gần 300,000,000 m /sec ( 300.000 km/s), đơn vị (m/s) 1.5 Đơn vị công suất (W) Công suất định nghĩa tỷ số công thời gian Nếu lượng công sinh khoảng thời gian t cơng suất P = A/t Trong : - P : cơng suất, đơn vị Watt ( W) - A: công sinh , đơn vị jun ( J) - t: thời gian, đơn vị giây ( s) - Trước người ta dùng đơn vị mã lực để đo công suất + Ở nước Pháp: mã lực = 1CV = 736W + Ở nước Anh: mã lực = 1HP = 746W Các đơn vị điện hệ SI 2.1 Các đơn vị dòng điện và điện tích 2.1.1.Dịng điện Dịng diện dịng chuyển dời có hướng của điện tích đại lượng đặc trưng cho dòng điện cường độ dòng điện, từ "dòng điện" thường hiểu cường độ dòng điện Trong kim loại, thực tế proton (tích điện dương) có dao động chỗ, cịn electron (tích điện âm) chuyển động Chiều chuyển động của electron, ngược với chiều dịng điện quy ước Trong số mơi trường dẫn điện (ví dụ dung dịch điện phân, plasma, ), hạt tích điện trái dấu (ví dụ ion âm dương) chuyển động lúc, ngược chiều Trong bán dẫn loại p, electron thực chuyển động, dòng điện miêu tả chuyển động của hố điện tử tích điện dương 2.1.2.Điện tích: Điện tích tính chất không đổi của số hạt hạ nguyên tử, đặc trưng cho tương tác điện từ chúng Điện tích tạo trường điện từ chịu ảnh hưởng của trường điện từ Sự tương tác điện tích với trường điện từ, chuyển động đứng yên so với trường điện từ này, nguyên nhân gây lực điện từ, lực của tự nhiên Một Culông tương ứng với lượng điện tích chạy qua tiết điện dây dẫn có cường độ dịng điện ampe vịng giây Một proton có điện tích 1,60219.10-19 Coulomb, hay +1e Một electron có điện tích -1,60219.10-19 Coulomb, hay -1e Theo quy ước, có hai loại điện tích: Điện tích âm điện tích dương Điện tích của electron âm ( ký hiệu –e), điện tích của proton dương ( ký hiệu +e) với e giá trị của điện tích nguyên tố 2.2 Sức điện động, hiệu điện và điện áp 2.1.1.Sức điện động: Là đại lượng đặc trưng cho nguồn lượng điện, có chất khơng phải tĩnh điện, cần thiết để trì dịng điện mạch điện Sức điện động có giá trị cơng phải tiêu tốn để chuyển đơn vị điện tích dương dọc theo tồn mạch kín Sức điện động tổng cộng mạch có dịng điện khơng đổi, hiệu điện hai đầu mạch hở Sức điện động cảm ứng tạo thành điện trường xoáy sinh từ trường biến đổi Nó thường ký hiệu chữ E, Đơn vị của volt (V) 2.1.2.Điện áp hay hiệu điện thế: Là giá trị chênh lệch điện hai điểm Cũng tương tự dòng điện, điện áp có loại điện áp chiều điện áp xoay chiều Điện áp chiều chênh lệch điện hai điểm mà chênh lệch điện tạo dịng điện chiều Điện áp xoay chiều tương ứng với trường hợp thay đổi liên tục cực tính hai điểm tương ứng điều nguyên nhân tạo thay đổi chiều dòng điện có dịng điện xoay chiều Nó thường ký hiệu chữ U, Đơn vị của điện áp hiệu điện volt (V) 2.3 Điện trở và điện dẫn 2.3.1 Điện trở Là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện của vật thể dẫn điện Nó định nghĩa tỉ số của hiệu điện hai đầu vật thể với cường độ dịng điện qua nó, kí hiệu R, đơn vị đo Ohm (Ω) R U I Trong đó: U: hiệu điện hai đầu vật dẫn điện, đo vơn (V) I: cường độ dịng điện qua vật dẫn điện, đo ampe (A) R: điện trở của vật dẫn điện, đo Ohm = (Ω) Đoạn dây dẫn có điện trở 1Ω đoạn dây có dịng điện 1A chạy qua, điện áp hai đầu dây 1V 2.3.2 Điện dẫn Là khả của môi trường cho phép di chuyển của hạt điện tích qua nó, có lực tác động vào hạt, ví dụ lực tĩnh điện của điện trường Sự di chuyển tạo thành dòng điện Cơ chế của chuyển động tùy thuộc vào vật chất Sự dẫn điện diễn tả định luật Ohm, dòng điện tỷ lệ với điện trường tương ứng, tham số tỷ lệ độ dẫn điện: Độ dẫn điện số kim loại 25°C: - Bạc: 62 · 106 S/m (max σ kim loại) - Đồng: 58 · 106 S/m - Vàng: 45,2 · 106 S/m - Nhôm: 37,7 · 106 S/m - Thiếc: 15,5 · 106 S/m - Sắt: 9,93 · 106 S/m - Crôm: 7,74 · 106 S/m 2.4 Từ thông và cường độ từ thông - Từ thông: thông lượng đường sức từ qua điện tích Từ thơng tích phân của phép nhân vô hướng mật độ từ thông với véctơ thành phần điện tích, tồn điện tích Theo ký hiệu toán học:  m   B.dS Với: từ thông - B mật độ từ thông Hướng của véctơ B theo quy ước từ cực nam lên cực bắc của nam châm, nam châm, từ cực bắc đến cực nam, nam châm Trong hệ đo lường quốc tế, đơn vị đo từ thông Weber (Wb), đơn vị đo mật độ từ thông Tesla hay Weber mét vuông 2.5 Độ tự cảm Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm): linh kiện điện tử thụ động tạo từ dây dẫn điện với vài vịng quấn, sinh từ trường có dòng điện chạy qua Đối với dòng điện chiều (DC), dịng điện có cường độ chiều khơng đổi (tần số 0), cuộn dây hoạt động điện trở có điện kháng gần khơng hay nói khác cuộn dây nối đoản mạch Dòng điện cuộn dây sinh từ trường, B, có cường độ chiều không đổi Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện cuộn dây sinh từ trường, B, biến thiên điện trường, E, biến thiên ln vng góc với từ trường Độ tự cảm của cuộn từ lệ thuộc vào tần số của dịng xoay chiều Khi có dịng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường trở thành nam châm điện Khi khơng có dịng điện chạy qua, cuộn dây khơng có từ Từ trường sản sinh tỉ lệ với dòng điện B=IL 2.6 Điện dung Điện dung: Là đại lượng nói lên khả tích điện hai cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào điện tích cực, vật liệu làm chất điện môi khoảng cách giữ hai cực theo công thức C = ξ S / d - Trong C: điện dung tụ điện, đơn vị Fara (F) - ξ: Là số điện môi của lớp cách điện - d: chiều dày của lớp cách điện - S: điện tích cực của tụ điện Dung kháng của tụ điện: Xc = 1/ωC = 1/2πfC Các ước của Fara: + Micrôfara(μF):1μF=10-6F; Nanôfara(nF):1nF=10-9F; Picôfara(pF): 1pF = 10-12 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1.Nội dung: -Về kiến thức: Trình bày khái niệm, phân biệt khác của đơn vị đo - Về kỹ năng: Áp dụng xác tên đơn vị cho tên tronng hệ thống SI - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đảm bảo an toàn vệ sinh công nghiệp 2.Phương pháp: - Về kiến thức: Được đánh giá hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm - Về lực tự chủ trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập Câu hỏi: 1.Trình bày đơn vị hệ SI 2.Trình bày đơn vị điện hệ SI 10 BÀI 6: DAO ĐỘNG KÝ Mã bài: MĐ11-06 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 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 ra:  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) 1.1 Sơ đồ khối: Dao đ ng D it n 1.2 Hoạt động: T ns o ng, u ch n hi u (sin, vuông, tam i c, AM, FM) Hình 6.1: Máy phát tín hiệu 39 Suy i m, ch m c DC Khối dao động chủ có nhiệm vụ tạo dao động với tần số dải tần thay đổi theo yêu cầu mục đích thiết kế Dao động chủ thực theo nhiều nguyên tắc khác tùy thuộc vào dạng sóng Để tạo dao động sin tần thấp thường dùng mạch dao động cầu Wien Đây mạch sử dụng nhiều cho dạng sóng lối có dạng sin tốt với biên độ tần số ổn định Để tạo dao động cao tần thường dùng mạch dao động điểm điện cảm (sơ đồ Colpits), dao động điểm điện dung (sơ đồ Hartley) Với mạch dao động xung thường dùng dao động đa hài khuếch đại thuật toán, mạch số dùng dao động thạch anh Xung lối thường dạng xung vng sau tạo dạng để tín hiệu xung tam giác, sin Hiện mạch tạo hàm thường tích hợp IC chuyên dụng Điển ICL8038 của Intersil chế tạo với cơng nghệ tích hợp đơn khối máy phát hàm đa chức dải tần từ 0.001Hz đến 300kHz Đây IC 14 chân sử dụng tiện lợi với linh kiện bổ trợ bên ngồi tạo dạng sóng xác: sin, vng, tam giác, cưa, dạng xung xác thực nghiệm Đại diện thứ hai IC Max08 của hãng Maxim Đây IC 20 chân phát hàm xác dạng sóng tam giác, cưa, sin, vng dạng xung dải tần từ 0,1Hz đến 20MHz với linh kiện bổ trợ bên ngồi 1.3 Sử dụng: 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 vôn kế, dao động kế,… Hình 6.2 Mặt trước máy phát âm tần Vị trí núm điều chỉnh Freqency Hz Freq.Range 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 40 Power Wave Form 5.Sync Fine Control High – Low output Led  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 công tắc nguồn Máy phát hàm Trong 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 6.3: 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 cơng 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 yêu cầu đầu B Tín hiệu của mạch kích khởi schmitt cung cấp đến mạch tích phân 41 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 2.3 Sử dụng Máy phát hàm có chức tạo dạng tín hiệu sin, vuông, tam giác chuẩn tần số biên độ dùng cho kiểm tra, thử nghiệm thiết bị điện tử Trước sử dụng máy phát hàm kiểm tra dạng sóng của máy phát dao động ký điện tử theo sơ đồ kết nối hình sau Y T DAO M OUTPUT CH1 NG CH2 Hình Nối máy phát với dao động ký Reset tất phím chức trạng thái ban đầu Kiểm tra lại chức DUTY CYCLE (13), DC OFFSET (10) ATTENUATOR -10dB (6), -20dB and -40dB (7) vị trí OFF Cắm điện cho máy nhấn công tắc nguồn POWER Chọn dạng sóng cần thiết (Sin, vng, tam giác) FUNCTION (3) Quan sát dạng tín hiệu dao động ký Hình dạng tín hiệu lối của máy phát tín hiệu TTL, CMOS hình 7.6 Sin 0V Vng 0V Tam giác 0V TTL CMOS 0V 0V Hình Các dạng tín hiệu máy phát Chọn dải tần số sóng phínm RANGER Số đếm đèn thị Hz, kHz, MHz tương ứng sáng Quay núm điều chỉnh tần số FREQUENCY (18) quan sát số đếm thị đếm để lấy tần số mong muốn 42 Dùng phím AMPLITUDE (4) để điều chỉnh biên độ sóng Biên độ cực đại của sóng 10Vpp Điều chỉnh núm DC Offset (10) để có xung điện áp tam giác cân xứng Quan sát hiệu ứng dao động ký cho thấy hiệu ứng của việc chỉnh DC Offset hình 6.5 Chức Duty Circle Nhấn núm (13) quay núm (11) cho phép điều chỉnh thời hạn đỉnh xung (với xung vuông) khoảng từ 20% - 80% Ảnh hưởng của chức chỉnh Duty Circle lên dạng sóng hình 6.6 + 10V (a) - Zero DC Offset với t n i u ự đ i 0V - 10V + 10V (b) – Offset iới n t n i u k ôn b xén 0V - 10V DC Offset ươn DC Offset âm + 10V (c) – Offset qu m 0V - 10V DC Offset ươn DC Offset âm Hình 6 Hiệu ứng việc chỉnh DC Offset Pulse (vng) Ramp (Tam giác) Slewed Sine (Sine) Hình Ảnh hưởng chỉnh DC Offset lên các dạng sóng 43 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 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, dòng điện, biện độ của tín hiệu theo phương pháp đo , - 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 đo, điều chỉnh máy phát theo yêu cầu của - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp cơng việc CÂU HỎI Máy phát tín hiệu chuẩn gì? chức của Trình bày sơ đồ khối của máy phát tín hiệu chuẩn Máy phát hàm gì? dạng hàm mà máy phát ? Các thông số kỹ thuật quan trọng của máy phát hàm ? 44 BÀI 7: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HIỆN SÓNG (OSCILLOSCOPE) Mã bài: MĐ11-07 Giới thiệu: Dao động ký điện tử máy đo đa đại phịng thí nghiệm Máy đo cho phép vừa đo tham số của tín hiệu điện vừa quan sát hình dạng tín hiệu hình Mục tiêu: - Trình bày phương pháp sử dụng máy sóng để đọc, đo thông số kỹ thuật của mạch điện - Hiệu chỉnh máy theo điều kiện xung chuẩn Đo điện áp chiều điện áp xoay chiều Đo biên độ, thời gian, góc pha của tín hiệu thơng số khác - Rèn luyện tính cẩn thận, tư an tồn vệ sinh cơng nghiệp Nội dung chính: Đo lường AC Dao động ký điện tử máy đo đa đại phịng thí nghiệm Máy đo cho phép vừa đo tham số của tín hiệu điện vừa quan sát hình dạng tín hiệu hình Hình dạng bên của dao động ký tương tự ống tia âm cực kênh hình sau Hình Dao động ký tương tự ống tia âm cực 1.1 Đọc giá trị đỉnh và biên độ Biên độ đỉnh – đỉnh của dạng sóng (hình 7.2) đo dễ dàng nhờ xuất hình thơng qua kích thước của đồ thị hình Trên hình 7.2 minh họa sóng sin với biên độ chu kỳ khác hình Vị trí núm điều khiển thang độ VOLT/DIV núm chọn thời gian TIME/DIV hình vẽ 7.2 45 Hình 7.2: Đo biên độ đỉnh – đỉnh chu kỳ sóng sin Việc tính giá trị điện áp của tín hiệu đuợc thực cách đếm số hình nhân với giá trị VOLTS/DIV (hình7.3) Hình 7.3: Giá trị đỉnh – đỉnh tính hiệu Ví dụ: VOLTS/DIV 1V tín hiệu cho hình 7.3 có: Vp = 2,7ô x 1V = 2,7V Vpp = 5,4ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = l,98V Ngoài ra, với tín hiệu xung người ta cịn sử dụng máy sóng để xác định thời gian tăng sườn xung (rise time), giảm sườn xung (fall time) độ rộng xung (pulse width) với cách tính hình ( H.7.4) Hình 7.4: Giá trị biện độ xung tín hiệu Ví dụ: Như hình 7.3: biên độ đỉnh của tín hiệu: 46 A: VA = 450mV (p-p) B: VB = 200mV(p-p) Ta thấy sóng A có biên độ 4,6 vạch chia, cịn sóng B tương ứng với vạch chia Như vậy, theo vị trí của thang độ núm điều khiển VOLT/DIV 100 mV ta có biên độ đỉnh – đỉnh của điện áp là: - Sóng A: VApp = 4,5 vạch x 100 mV = 450 mV - Sóng B: VBpp = vạch x 100 mV = 200 mV Hiệu số pha của hai sóng hình sin ∆ đo phương pháp minh họa hình 7.5 Mỗi sóng có chu kỳ ứng với vạch ngang thời gian thời điểm bắt đầu chu trình 1,4 vạch Ta có chu trình = 360 0, vậy, giá trị của vạch chia là: vạch chia = 3600/8 = 450 Hiệu số pha của điện áp là: ∆ = 1,4 vạch x 450/vạch = 630 Hình 7.5: Đo hiệu số pha sóng sin 1.2.Quan sát và đánh giá dạng sóng Khi ngắt quét của máy sóng đưa sóng sin vào hai đầu vào đứng ngang hình phụ thuộc vào quan hệ hai sóng sin Những hình đơn giản xuất dạng sóng có tần số Những hình phức tạp tạo với sóng sin có tần số khác Dùng hình Lissajous để đo chênh lệch pha hai tín hiệu (H.7.6) Tín hiệu A đưa vào ngõ quét dọc, tín hiệu B đưa vào ngõ quét ngang - A, B pha: hình Lissajous đường thẳng (H.7.6c) - A, B trái pha (H.7.6d) - A, B lệch pha 900 (H.7.6e) - A, B lệch pha (H.7.6f,g) 47 Hình 7.6: Hình Lissajous hiển thị các dạng sóng Đo thời gian tần số 2.1 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 vô 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 hạn dùng kỹ 48 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 3.10 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 Tuỳ theo tần đoạn khác mà phương pháp đo dùng nhiều hay khác đặc tính tần số của 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 2.2 Cách tính đo thời gian tần số Khoảng thời gian hai điểm của tín hiệu tính cách đếm số 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 7.2, ta có chu kỳ tần số của sóng là: 8,8 vach x 0,5ms  2,2ms 2chutrinh 1    455 Hz 2,2 TA TA  - Sóng A: fA 8,8 vach x 0,5ms  0,73ms 6chutrinh 1    1,36kHz 0,73 TB 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 Hình 7.7: Hình s/div 1ms 49 Bài Tập: KHẢO SÁT SĨNG BẰNG DAO ĐỘNG KÝ I Phần lý thuyết: Các núm chức điều khiển dao động ký: Model GOS-652G Chức Vị trí tên núm Mở tắt dao động ký Thay đổi độ chiếu sáng của tọa độ hình Đèn Led sáng núm [POWER] bật Điều chỉnh cường độ sáng của tia sáng hình hiển thị Điều chỉnh tia sáng nằm ngang hình Điều chỉnh độ rọi tia sáng cho hiển thị sắc nét Nối đất vỏ máy 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 [ BEAM FIND ] Ấn vào để dị tìm tia sáng đưa tia sáng trung tâm hình hiển thị 11 [ 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] 12 [ 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 13.[VARPULLx5M Khi núm vị trí kéo phía ngồi, dộ nhạy khuếch AG] đại cột dọc tăng lên lần 14 [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 15 [ 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 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 16 [ TRIG LEVEL ] Điều chỉnh cho tin hiệu ổn định [ POWER ] [ ILLUM ] [“ON” Led] [ INTENSITY] [ TRACE ROT ] [ FOCUS ] [ GND ] [ CAL 2VP-P ] 17 [ COUPLING ] Chọn chế độ kích 50 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 quét xuất [ NORM ] tín hiệu kích không gặp biên độ [TRI LEVEL] ấn định độ dốc [ TV-V ] Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số cao tín hiệu hình ảnh kết hợp [ TV-H ] Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số thấp tín hiệu hình ảnh kết hợp 18 [ SOURCE ] Chọn tín hiệu nguồn kích sau: [ CHA ] Tín hiệu kênh A [ CHB ] Tín hiệu kênh B [ LINE ] Tần số tín hiệu xoay chiều [ EXIT ] Tín hiệu áp dụng cho phần nối vào {EXT TRIG] từ 19 [HOLD –OFF] 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 [ PULL CHOP ] 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 20 [ EXT TRIG ] 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] 21 [ POSITION] Đẩy vị trí tia sáng nằm ngang màng hình ống Catot, điều chỉnh làm viêc chế độ [X-Y} [ PULL x10 MAG Khi nùm kéo phía ngồi, tia sáng nằm ngang ] trải với hệ số nhân 10 [ AUTO ] 22 [ TIME/DIV ] 23 [ VAR ] 24 [ X-Y ] 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] YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀI 1.Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày phương pháp sử dụng máy sóng để đọc, đo thông số kỹ thuật của mạch điện 51 - 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 2.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 công việc BÀI TẬP Dây đo của dao động ký Có thể dùng dây dẫn thông thường để thay không Cách gắn dây đo của dao động ký vào máy Sơ đồ kết nối máy phát hàm với dao động ký Trình bày phương pháp bước tiến hành đo mức điện áp chiều dao động ký Trình bày phương pháp bước tiến hành đo biên độ tín hiệu dao động ký 52 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] Đo lường điện cảm biến đo lường, Nguyễn Văn Hịa - Bùi Đăng Thanh - Hồng sỹ Hồng, NXB Giáo Dục, 2005 [6] Kỹ thuật đo lường điện điện tử, Lưu Thế Vinh, Đại học Đà Lạt [7] Kỹ thuật đo, Nguyễn Ngọc Tân (chủ biên) - - NXB KH&KT 2000 [8] Giáo trình cảm biến, Phan Quốc Phô (chủ biên) - - NXB KH&KT 2005 [9] Measurement Systems-Application and Design, Ernest O Doebelin, 5st edition, McGraw-Hill 53