Giáo trình Đo lường điện điện tử (Nghề Điện tử dân dụng 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 – Điêṇ tử mô đun sở của nghề Điện tử dân dụng biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng và ban hành năm 2017 của trường Cao đẳ ng nghề Cầ n Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Cao đẳ ng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, ho ̣c có thí dụ tập tương ứng để áp dụng và làm sáng tỏ phầ n 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 MĐ12-01: Đơn vị đo Bài 02 MĐ12-02: Sai số đo Bài 03 MĐ12-03: Cơ cấ u đo Bài 04 MĐ12-04: Phương pháp đo các đa ̣i lươṇ g điê ̣n Bài 05 MĐ12-05: Phương pháp đo các đa ̣i lươṇ g không điê ̣n Bài 06 MĐ12-06: Dao động ký Bài 07 MĐ12-07: Đo lường máy sóng Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiế u sót Rất mong nhận sự đóng góp ý kiến thầy, và bạn đọc để nhóm biên soạn điề u chỉnh hoàn thiện Cầ n Thơ, ngày tháng năm 2018 Tham gia biên soạn Ths Chủ biên: Đỗ Hữu Hâ ̣u Ths Nguyễn Tuấ n Khanh MỤC LỤC Trang TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU MỤC LỤC BÀ I 1: ĐƠN VỊ ĐO Các đơn vị hệ SI Các đơn vị điện hệ SI BÀ I 2: SAI SỐ ĐO 13 1.Đo lường 13 2.Sai số 17 BÀ I 3: CƠ CẤ U ĐO 20 1.Thiết bị đo kiểu nam châm vĩnh cửu với cuộn dây quay 20 Ampe kế đo điện chiều (DC: direct current ) 22 Votl kế chiều 24 VOM/DVOM vạn 25 BÀ I 4: PHƯƠNG PHÁ P ĐO CÁ C ĐẠI LƯỢNG ĐIÊ N ̣ 37 Lý thuyết cầu xoay chiều 37 Cầu điện dung 39 Cầu điện cảm 42 BÀ I 5: PHƯƠNG PHÁ P ĐO CÁ C ĐẠI LƯỢNG KHÔNG ĐIÊ N ̣ 45 Phương pháp đo 45 Volt kế 50 Ampe kế 51 4.Cầu Wheatstone 52 BÀ I 6: DAO ĐỘNG KÝ 55 Máy phát tần 55 Máy phát hàm 57 BÀ I 7: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HIỆN SÓNG (OSCILLOSCOPE) 61 Đo lường AC 61 Đo thời gian tần số 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 GIÁ O TRÌ NH MÔ ĐUN Tên mô đun: ĐO LƯỜNG ĐIỆN – ĐIÊ N ̣ TỬ Mã mơ đun: MĐ 12 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 thuâ ̣t - Tính chất: Là mơ đun kỹ thuật sở - Ý nghĩa: Là mô đun bắt buộc, sau học xong “đo lường điê ̣n - 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 thông số, thiết bị mạch điện, tín hiệu dạng sóng - xung mạch - Vai trị: Giáo trình “Đo lường điêṇ - 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 - điê ̣n tử mơ đun đóng vai trị quan trọng môn đào tạo nghề áp dụng việc đo lường thiệt bị điện cần có thông 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 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: Số TT Tên mô đun Tổng số Bài 1: Đơn vị đo 1 Các đơn vị hệ SI Thời gian (giờ) Thực hành, thí nghiệm, Lý thảo luận, thuyết tập 0.5 Kiểm tra Các đơn vị điện hệ SI 6 0.5 Bài 2: Sai số đo 1 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 12 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 0.5 0.25 0.25 1 2 Cộng BÀ I 1: ĐƠN VỊ ĐO Mã bài: MĐ12-01 Giới thiệu Đo đánh giá định lượng đại lượng đo cách so sánh đại lượng đo với mẫu hay đơn vị Để biểu diễn đại lượng đo dạng số, phải chọn “cỡ” cho nó, nghĩa lượng hóa nó, ta phải chọn đơn vị đo Về mặt nguyên tắc ta chọn đơn vị lượng tùy ý Tuy nhiên giá trị phải phù hợp với thực tế tiện lợi sử dụng Năm 1832, nhà toán học Đức K Gauss rằng, chọn đơn vị độc lập để đo chiều dài (L), khối lượng (M), thời gian (T) - sở đại lượng nhờ định luật vật lý, thiết lập đơn vị đo tất đại lượng vật lý lại Tập hợp đơn vị đo theo nguyên tắc Gauss đưa hợp thành hệ đơn vị đo lường Đơn vị đo đại lượng vật lý (khối lượng, thời gian, độ dài, ) đươc̣ chọn cách độc lập, chúng thể tính chất 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 đại lượng biểu diễn qua phương trình thứ nguyên dim X  LpM qTr Mục tiêu: Trình bày đơn vị 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 1.1.1.Tổng quan Năm 1960, Đại hội toàn thể lần thứ XI Pari Ủy ban quốc tế đo lường thức thông 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 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 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 đơn vị đo đại lượng STT Các đại lượng vật lý Đơn vị đo Tên gọi Ký hiệu Tên đơn vị Ký hiệu Chiều dài Khối lượng Thời gian Nhiệt độ Cường độ dòng điện Cường độ sáng Lượng vật chất Góc phẳng Góc khối l m t T I J n   metre kilogram second (giây) Kelvin Ampere candela mole radian steradian m kg s K A cd mol rad sr 1.1.2.Ước, bội thập phân đơn vị bản Tên (hoặc ký hiệu) ước bội thập phân đơn vị SI lập nên cách ghép liền trước tên (hoặc ký hiệu) đơn vị SI tên (hoặc ký hiệu) ghi bảng 1.2 Chú ý Các ký hiê ̣u bô ̣i số của đơn vi ̣ bản từ Mega (106) đế n Yotta (1024) viế t bằ ng chữ cái IN HOA, các ký hiê ̣u ước và bô ̣i còn la ̣i đề u phải viế t bằ ng chữ in thường Tên (hoặc ký hiệu) ước, bội thập phân ghép liền với tên (hoặc ký hiệu) đơn vị (khơng có khoảng cách) Ví dụ: milimét (mm), kilomét (km) Riêng tên (hoặc ký hiệu) ước, bội thập phân đơn vị khối lượng lập cách ghép liền trước tên (hoặc ký hiệu) đơn vị "gam" (hoặc ký hiệu g) tên (hoặc ký hiệu) bảng (1g = 0,001 kg = 10 -3kg) Không ghép liền hai tên (hoặc ký hiệu) ước, bội cho bảng Ví dụ: phải viết nanomét (nm) cho 10 -9m, khơng viết milimicromét (mm) Ngồi hệ đơn vị SI, tồn số hệ đơn vị khác hệ CGS, hệ CGSC, CGSM, CGSE, MKSC, MKGSC, CGSM, MKSA, CGSM, v.v Khi chuyển đổi từ hệ đơn vị sang hệ đơn vị khác phải tra cứu bảng chuyển đổi hệ đơn vị tương ứng Bảng 1 Ước và bội thập phân đơn vị bản Tên gọi Ký hiệu Ước số deci d 10-1 centi c mili Ký hiệu Bội số deca da 101 10-2 hecto h 102 m 10-3 kilo k 103 micr  10-6 mega M 106 nano n 10-9 giga G 109 pico p 10-11 tera T 1011 o Tên gọi femt f 10-15 peta P 1015 atto a 10-18 exa E 1018 zepto z 10-21 zetta Z 1021 yoct 10-24 yotta Y 1024 o y o 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 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 vật Newton (viết tắt N) đơn vị đo lực hệ đo lường quốc tế (SI), lấy tên 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 - Trên bề mặt Trái Đất, vật có khối lượng kg có lực trọng trường 9.81 N (hướng xuống) Trọng lượng người có khối lượng 70 kg so với Trái Đất xấp xỉ 687 N 1.3 Đơn vị công (J) Công học, gọi tắt cơng, lượng thực có lực tác dụng lên vật thể làm vật thể điểm đặt lực chuyển dời Công học thu nhận vật thể chuyển hóa thành thay đổi công vật thể, nội vật thể không đổi Công xác định tích vơ hướng véctơ lực véctơ quảng đường đi: A=F.s Trong đó: - A cơng, SI tính theo “J” - F véc-tơ lực khơng 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 vật chất Năng lượng theo lý thuyết tương đối Albert Einstein thước đo khác lượng vật chất xác định theo cơng 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 : công 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 dịng điện điện tích 2.1.1.Dịng điện Dịng diện dịng chuyển dời có hướng 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 electron, ngược với chiều dòng 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 hố điện tử tích điện dương 2.1.2.Điện tích Điện tích tính chất khơng đổi số hạt hạ nguyên tử, đặc trưng cho tương tác điện từ chúng Điện tích tạo trường điện từ chịu ảnh hưởng 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 tự nhiên Một Culông tương ứng với lượng điện tích chạy qua tiết điện dây dẫn có cường độ dòng điện ampe vòng 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 electron âm ( ký hiệu –e), cịn điện tích proton dương ( ký hiệu +e) với e giá trị điện tích nguyên tố Các hạt mang điện dấu (cùng dương âm) đẩy Ngược lại, hạt mang điện khác dấu hút Tương tác hạt mang điện nằm khoảng cách lớn so với kích thước chúng tuân theo định luật Coulomb Định luật Coulomb (đọc Cu-lông), đặt theo tên nhà vật lý Pháp Charles de Coulomb, phát biểu là: Độ lớn lực tương tác hai điện tích, tỷ lệ thuận với tích độ lớn điện tích tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách chúng q q F  ke 2 Cơng Thức : r Trong đó: - F: độ lớn lực - Ke: số - q1 q1 : điện tích - r: khoảng cách 2.2 Sức điện động, hiệu điện 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 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 dòng 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 điện áp hiệu điện volt (V) 2.3 Điện trở điện dẫn 2.3.1 Điện trở Là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dịng điện vật thể dẫn điện Nó định nghĩa tỉ số 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 vôn (V) I: cường độ dòng điện qua vật dẫn điện, đo ampe (A) R: điện trở vật dẫn điện, đo Ohm = (Ω) Đoạn dây dẫn có điện trở 1Ω đoạn dây có dòng điện 1A chạy qua, điện áp hai đầu dây 1V 2.3.2 Điện dẫn Là khả môi trường cho phép di chuyển hạt điện tích qua nó, có lực tác động vào hạt, ví dụ lực tĩnh điện điện trường Sự di chuyển tạo thành dịng điện Cơ chế 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: j  E Với: - mật độ dòng điện cường độ diện trường - σ ( Sigma, xích ma) độ dẫn điện Độ dẫn điện nghịch đảo điện trở suất ρ:σ = 1/ρ, σ ρ giá trị vô hướng Trong hệ SI σ có đơn vị chuẩn S/m (Siemens mét) Độ dẫn điện số kim loại 25°C: - Bạc: 62 · 106 S/m (max σ kim loại) - Đồng: 58 · 106 S/m 10 BÀ I 7: ĐO LƯỜNG BẰNG MÁY HIỆN SÓNG (OSCILLOSCOPE) Mã bài: MĐ12-07 Giới thiệu: Dao động ký điện tử máy đo đa đại phòng thí nghiệm Máy đo cho phép vừa đo tham số 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 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 tín hiệu thơng số khác - Rèn luyện tính cẩn thận, tư an tồn vệ sinh công 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 tín hiệu điện vừa quan sát hình dạng tín hiệu hình Hình dạng bên ngồi dao động ký tương tự ố ng tia âm cực kênh hình sau Hình Dao động ký tương tự ớ ng tia âm cực 1.1 Đọc giá trị đỉnh biên độ Biên độ đỉnh – đỉnh dạng sóng (hình 7.2) đo dễ dàng nhờ xuất hình thơng qua kích thước 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 61 Hình 7.2: Đo biên độ đỉnh – đỉnh chu kỳ sóng sin Việc tính giá trị điện áp 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 = 2,7ơ x 1V = 2,7V Vpp = 5,4ô x 1V = 5,4V Vrms = 0,707Vp = l,98V Hình 7.4: Giá trị biện độ xung tín hiệu 62 Ngồi 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) Ví dụ: Như hình 7.3: biên độ đỉnh tín hiệu: 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 thang độ núm điều khiển VOLT/DIV 100 mV ta có biên độ đỉnh – đỉnh 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 hai sóng hình sin ∆ đo phương pháp minh họa hình 7.8 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 vạch chia là: vạch chia = 3600/8 = 450 Hiệu số pha điện áp là: ∆ = 1,4 vạch x 450/vạch = 630 Hình 7.5: Đo hiệu số pha sóng sin 1.2.Quan sát đánh giá dạng sóng Khi ngắt quét 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) 63 Hình 7.6: Hình Lissajous hiển thị dạng sóng Đo thời gian tần số 2.1 Khái niệm: Là khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số theo chiều ngang hai điểm nhận với giá trị TIME/DIV Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách trên, sau nghịch đảo giá trị 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 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 64 dao động điện cao 10kHz thuộc tần số vô tuyến Giới hạn dùng kỹ thuật đo lường tần số cao tần tăng lên với phát triển kỹ thuật điện tử ngày xác định tần số chừng độ 3.1015 Hz Phổ tần số sử dụng kỹ thuật điện tử chia thành nhiều dải tần số khác nhau, tính chất dải mà yêu cầu 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 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 mạch dao động; cần xác định dải thông lọc, mạng bốn cực, cần kiểm tra mức độ lệch tần số thiết bị làm việc 2.2 Cách tính đo thời gian tần số Khoảng thời gian hai điểm tín hiệu tính cách đếm số ô theo chiều ngang hai điểm nhân với giá trị TIME/DIV Chu kỳ sóng sin xác định cách đo số vạch ngang ứng với chu kỳ nhân với giá trị ô đặt núm điều khiển TIME/DIV Theo số liệu hình 7.2, ta có chu kỳ tần số 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 TB 0,73 TB  - Sóng B: fB Việc xác định tần số tín hiệu thực cách tính chu kỳ theo cách Sau nghịch đảo giá trị chu kỳ ta tính tần số Ví dụ: Ở hình s/div 1ms Chu kỳ tín hiệu dài 16 ơ, chu kỳ 16ms => f = 1/16ms = 62,5Hz Hình 7.7: Hình s/div 1ms 65 Bài Tập: KHẢO SÁT SÓNG BẰNG DAO ĐỘNG KÝ I Phần lý thuyết: Các núm chức điều khiển dao động ký: Model GOS-652G Vị trí tên núm Chức Mở tắt dao động ký Thay đổi độ chiếu sáng tọa độ hình Đèn Led sáng núm [POWER] bật Điều chỉnh cường độ sáng 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 2VP-P ] Cho tín hiệu sóng vng, tần số 1KHz, tiện ích cho hiệu chỉnh tần số 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] Công 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 máy nối đất Vị trí thường dùng để chỉnh vệt sáng số cân [ DC ] chỉnh khác Cả hai thành phần AC DC 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 [ DUAL ] động 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 tín hiệu với tốc độ quét thấp [ ADD ] Hiển thị tổng đại số hai tín hiệu kênh A kênh B 16 [ TRIG LEVEL ] Điều chỉnh cho tin hiệu ổn định [ POWER ] [ ILLUM ] [“ON” Led] [ INTENSITY] 66 Chọn chế độ kích Đối với mạch kích tự động, tia sáng chạy tự chưa có tín hiệu kích đầy đủ [ NORM ] Đối với mạch kích bình thường, khơng có tia qt xuất tín hiệu kích khơng gặp biên độ [TRI LEVEL] ấn [ TV-V ] định độ dốc Loại bỏ tín hiệu DC tín hiệu đồng tần số cao [ TV-H ] tín hiệu hình ảnh kết hợp 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 ngoài, tia sáng nằm ngang ] trải với hệ số nhân 10 17 [ COUPLING ] [ 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 cơng 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] II Phần thực hành  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 67 - Dao động ký; Nguồn phát sóng âm tần; Đồng hồ VOM, Dây đo dao động ký (2 dây), Dây tín hiệu máy phát sóng  Các bước thực hành BÀI 1: TÌM HIỂU DAO ĐỘNG KÝ Kiểm tra chức INTENSITY Khi thay đổi nút hình hiển thị ? 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 nảao2 ? 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 si61 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 khơng? - Thay đổi vị trí x1,x10 que đo 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 thay đổi x1, x10 không ? vẽ dạng sóng quan sát trường họp 68 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 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? Bài 2: KHẢO SÁT MẠCH BẰNG DAO ĐỘNG KÝ khảo sát mạch phân điện trở dao động ký Hình 7.8 - Các thiết bị trang thái sẵn sàng, mắc mạch hình 7.8 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 7.9 69 Hình 7.9 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] ô hình, giữ nguyên, 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 - 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 hình 7.10 70 Hình 7.10 Đặt que dò 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 [ơ] vào bảng 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 UAC (v) h1[ô] h2[ô] R1 = (h1 / h2 )x R2 (Ω) 1.5 2.5 3 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 hình Sau mắc mạch hình 7.11 - Hình 7.11 - Đặt que dò dương đến điểm [D] que dò âm đến [ E] Điều chỉnh núm xoay [VOLTS/DIV], [TIME/DIV], [POSITION [TRIGGER LEVER], để có sóng đứng im hình dao động ký 71  ], - 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 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 f (kHz) h1[ô] h2[ô] L = ? ( H) 1.5 2.5 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 hình Sau mắc mạch hình 7.12 Hình 7.12 - 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 [ơ] 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 [ơ] sóng UAC vào bảng 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 Với cơng thức tính L tự xác định f (kHz) h1[ơ] h2[ô] L = ? ( H) 1.5 2.5 YÊU CẦU VỀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP BÀ I 72 1.Nội dung: - Về kiến thức: Trình bày phương pháp sử dụng máy sóng để đọc, đo thông 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 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 - Về lực tự chủ trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, xác, ngăn nắp công việc BÀI TẬP Dây đo dao động ký Có thể dùng dây dẫn thơng thường để thay không Cách gắn dây đo 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 Cho dạng sóng tín hiệu quan sát hình 7.13 Thang độ dọc đặt 2Volts/DIV Hãy xác định biện độ Vpp điện áp tín hiệu Volts/DIV Hình Dạng sóng lối vào Vin lối Vout mạch khuếch đại quan sát dao động ký kênh hình 7.14 Hãy xác định: a Biên độ điện áp vào, biên độ điện áp b Hệ số khuếch đại mạch 73 Vout CH2 (5Volts/DIV) Vin CH1 (0,5Volts/DIV) Hình 24 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 Những quy tắ c an toàn cần lưu ý tiến hành thực nghiệm với dao động ký máy phát hàm 74 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 Phơ (chủ biên) - - NXB KH&KT 2005 [9] Measurement Systems-Application and Design, Ernest O Doebelin, 5st edition, McGraw-Hill 75