Giả sử cần đo một tần số f x nào đó, trước tiên ta chọn tầm bằng cách chọn một trong các cuộn dây L, L’, L’’, L’’’, sau đó chỉnh biến trở R V đến lúc tương ứng với A chỉ giá trị cực đại đọc được giá trị của f x khắc trên bảng khắc độ của R V . Máy đo này có khung cộng hưởng L, C V được nhận năng lượng từ một khung cộng hưởng khác nên gọi là máy đo sóng hấp thụ. 4.4.8. Máy đo trường L, C V là khung cộng hưởng của 1 mạch dao động tự kích. 10.6 10.7 10.8 f (MHz) V O Hình 4.23 Tín hiệu dao động quét có dạng răng cưa (hình 1) sẽ cùng với V DC phân cực cho varicap C V làm cho điện áp phân cực tăng tuyến tính. Do đó khung dao động L, C V sẽ tạo tần số từ f 0min đến f 0max . Sau đó nếu ta đưa tín hiệu V ra vào mạch tách sóng FM và đưa vào mạch dao động ký ta sẽ có dạng đặc tuyến chữ S như hình vẽ với điều kiện dải tần số f 0min f 0max được thiết kế trong khoảng trung tần FM, AM của máy thu. Máy này có thể kết hợp với máy đánh dấu và dao động ký để làm xuất hiện dạng sóng của đáp tuyến băng thông trung tần trong máy thu hình hệ FCC. Thiết bị này gọi là máy phát sóng quét và đánh dấu (sweep and marker). 4.4.10. Volkế DC Khóa K dùng để chuyển (tầm ảo) 15V, 150V, 1500V. Từ dao động thạch anh chuẩn 27MHz ta ghép qua biến thế cảm ứng L 1 , L 2 . Thiết kế L 2 =23 H. Định chuẩn sao cho ở tầm tối đa 15V, 150V, 1500V thì L 2 , C V cộng hưởng đúng tại tần số f = 27MHz và khi đó A kế chỉ giá trị cực đại. Nếu điện áp DC cần đo < 15V thì tần số cộng hưởng L C V bây giờ sẽ lệch giá trị 27MHz và kim điện kế sẽ chỉ giá trị bé hơn. Khi đổi tầm đo, tùy thuộc vào vị trí 1, 2, 3 mà các điện trở R 1 , R 2 , R 3 , R 4 hình thành cầu phân áp để suy giảm điện áp 150V và 1500V xuống còn tối đa là 15V. 39.75 41.25 45.75 47.25 f (MHz) A V Hình 4.24 Dao động thạch anh 27kHz C V 1000p C1 D C2 5000p R1 1M K 1 2 3 R2 R3 R4 150V 1500V Đi ện áp DC từ 0 đến 1500V 15V L2 L1 A Hình 4.25 52 CHƯƠNG 5 kỹ thuật chuyển đổi đIện áp sang tần số và tần số sang đIện áp 5.1 Bộ chuyển đổi điện áp sang tần số 5.1.1 SƠ ĐỒ KHỐI Kỹ thuật FM tần số thấp là một phương thức biến đổi điện áp sang tần số gọi tắt là chuyển đổi V TO F. Kỹ thuật này được sử dụng khá phổ biến trong các mạch xử lý tín hiệu truyền tải hay lưu trữ thông tin. Ưu điểm của kỹ thuật này là nhờ công nghệ chế tạo vi mạch để có độ tuyến tính cao trong chuyển đổi V sang F. Độ di tần có thể đạt đến giá trị cực đại. Các ứng dụng phổ biến là trong các mạch thu phát hồng ngoại, thông tin quang, thu phát tín hiệu điều khiển từ xa, các loại tín hiệu số, hoặc lưu trữ dữ kiện, thông tin trên băng cassette. Thông thường bộ chuyển đổi có thể kết hợp với một PLL để có độ chính xác cao và luôn luôn có tính thuận nghịch, nghĩa là có thể chuyển đổi từ điện áp sang tần số và ngược lại từ F sang V. 5.1.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH Bộ chuyển đổi V sang F thường có 3 khối: So sánh điện áp MonoStable RC R in I 2 C I CC I C nạp xã I 1 I C =I 2 – I 1 = I 2 + V in /R in t 1 V in1 > V in2 > V in3 t 1 t 2 t 1 : I 2 m ở t 2 : I 2 tắt f out V C 0V Hình 5.1 53 - Mạch tích phân kết hợp với nguồn dòng I 2 . - Mạch so sánh điện áp để phát hiện mức điện áp đầu ra của bộ tích phân. - Mạch monostable nhằm tạo xung ở đầu ra mà mức cao có thời gian t 1 không đổi (quyết định bởi mạch RC của Monostable). Trong thời gian t 1 , xung ở đầu ra có mức 1 (mức cao). Nó được đưa trở về mở nguồn dòng để tạo ra dòng không đổi I 2 . Dòng I 2 chia làm 2 phần: I 2 = I C +I 1 , trong đó I C là dòng nạp cho tụ C của mạch tích phân làm cho điện áp trên tụ (tức là điện áp ở đầu ra của bộ tích phân) có độ dốc âm như hình vẽ. Còn dòng I 1 thì chạy qua R in . Bộ so sánh điện áp sẽ so sánh mức điện áp trên đầu ra bộ tích phân và giá trị 0 (masse) để tạo 1 xung kích mở mạch Monostable. Trong thời gian t 2 , điện áp trên đầu ra của mạch Monostable bằng 0 làm đóng (khóa) nguồn I 2 . Tụ C sẽ phóng điện qua R in bằng dòng I 1 . Năng lượng nạp cho tụ C trong thời gian t 1 sẽ được phóng hết trong thời gian t 2 . Ở cuối thời điểm của t 2 , mạch so sánh tạo ra 1 xung kích mở mạch Monostable để tạo xung đầu ra mạch Monostable có độ rộng t 1 Gọi T =t 1 + t 2 là chu kỳ hoạt động của mạch. T phụ thuộc vào v in , I 2 , R in và C. 5.1.3 THIẾT LẬP QUAN HỆ GIỮA v in VÀ f out Trong thời gian t 1 : tụ nạp điện bằng dòng I C in in C R v IIII 212 với in in R v I 1 Điện tích nạp cho tụ: 121121 )()(. t R v ItIItIq in in CC (1) Trong thời gian t 2 : dòng I 2 = 0, tụ C sẽ xả điện bằng dòng cố định I 1 = (-v in /R in ). Điện tích do tụ xả: 54 221 . t R v tIq in in C (2) Điện tích nạp và xả trên tụ bằng nhau nên từ (1) và (2) ta suy ra: 1 2 21 212 t. v RI ttT t R v t) R v I( in in in in in in Vậy: 12 1 tRI v T f in in out (3) Từ (3) suy ra: f out tỷ lệ với v in với điều kiện I 1 << I 2 C: không xuất hiện trong biểu thức do đó C không câng phải là loại có độ chính xác cao lắm. 12 tRI v f in in out 5.2 Một số vi mạch chuyển đổi V sang F 5.2.1 KHẢO SÁT IC RC 4151 1 2 3 4 5 6 7 8 RC4151 R 0 6.8K R’ 0 R L 47K Vlogic f 0 C 0 .01 R 4 12K R 5 5K R S R 3 100K R 2 47K C B 1F R 1 100K .1 C 2 .1 Vin Hình 5.2 55 Loại IC này được sử dụng rất rộng rãi trong các mạch tiêu biểu và tần số ngõ ra đạt đến 10KHz. Hoạt động của mạch và các tham số: Nguồn dòng I 2 được mở trong thời gian t 1 . Dòng này sẽ nạp qua tụ C 0 . C B tham gia vào mạch tích phân. Độ phi tuyến của quá trình chuyển đổi V sang F là 1%. I 2 có giá trị danh định là 135 A. R s để điều chỉnh tầm hoạt động cực đại. R 0 : nối tiếp với một điện trở nhằm điều chỉnh thời gian t 1 , R 0 phải nằm trong dãy điện trở sau đây: (R 0 + R 0 ’): 0,8K 680K C 0 : 1000pF 1F t 1 = 1,1R 0 C 0 (thời gian tồn tại xung Monostable) I 2 = 1,9/R S , (R S = R 4 +R 5 ) V CC = 8 22V P ttmax = 500 mW V in = 0,2V +V CC 112 tRI v f in out Các điện trở phải dùng loại chính xác cao có sai số: (0,5 1)% . Các tụ được dùng là loại Mylar hay mica. Nguồn cung cấp phải lấy từ nguồn ổn áp chất lượng cao. IC này có ngõ ra cực thu hở. Muốn biên độ tín hiệu ra bằng bao nhiêu ta thiết kế chọn V logic thích hợp bằng cách thay đổi R L . 5.2.2 KHẢO SÁT IC VF-9400 1 2 3 4 5 6 8 9 12 VF-9400 11 14 10 7 .1 +5V Cin C REF 9.09K 250K R 1 500K +5V - 5V R 2 10K 50K .1 4.7K 4.7K - 5V f out /2 f out V in Hình 5.3 56 Đặc điểm: - Hoạt động với nguồn cung cấp 5V - Ngõ vào là một OPAMP dùng kỹ thuật MOSFET hoạt động như một bộ tích phân. - VF 9400 được thiết kế sao cho dòng điện vào I in : (0 10)A - Điện trở bên ngoài 250K, 9.09K ấn định tầm hoạt động với dòng điện vào định mức thích hợp với v in nào đó. Ta có thể thực hiện các tầm điện áp khác nhau bằng cách chỉnh biến trở đẻ mỗi tầm thay đổi một R in . - Tụ C REF (Reference) ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính chuyển mạch do đó phải có độ ổn định cao, hệ số nhiệt độ thấp và độ hấp thu môi trường thấp. - Tụ C in được chọn từ (3 10)C REF. - Chân 7 nối trực tiếp đến nguồn –5V để tạo nên điện áp chuẩn vì vậy điện áp cung cấp phải có độ chính xác và ổn định cao. - Ngõ ra là dạng cực thu hở với BJT bên trong là loại NPN với hai ngõ ra là f out và f out /2. - Điện áp cung cấp giữa chân 14 và 4 không được vượt quá 18V. 5.2.3 KHẢO SÁT IC AD537 13 8 1 5 14 11 12 9 AD 537 4 3 10 +15V Vlogic f out 5K .01 1000p C Rin 1K 1.09K 2K Rs Hình 5.4 V i 57 - IC chuyển đổi AD 537 là một dạng xuất hiện khá phổ biến trong điện tử công nghiệp, nó được thiết kế từ một mạch dao động đa hài ghép cực phát, được điều chỉnh bằng nguồn dòng. - Thuận lợi của nó là f out có dạng xung vuông rất lý tưởng độ phi tuyến là 0,05% trên toàn bộ tầm hoạt động. - f outmax = 100KHz. - R in và C 7 quyết định tầm điện áp nhập cần chuyển đổi. - AD 537 tiêu thụ dòng tối đa 200 mA. - Hai chân 6, 7 (không dùng trong mạch) được sử dụng với mục đích đo nhiệt độ trong đó chân 7 phải được nối đến nguồn điện áp chuẩn 1V. - Chân 6 là nguồn điện áp được lấy từ bộ cảm biến nhiệt độ. Lúc đó ngõ ra sẽ có điện áp tuyến tính theo nhiệt độ với chân 6 nhận điện áp có đặc tính 1mV/1 0 K - 2K là biến trở loại POT-LIN. 5.3 Bộ chuyển đổi F V 1. Hầu hết các IC chuyển đổi V F đều có tính thuận nghịch, tùy theo mỗi IC, dạng biến đổi này khác nhau. *Mạch sửa dạng: nhằm tạo ra dạng sóng thích hợp để điều khiển mạch đơn ổn. Điện áp đầu ra sẽ tỷ lệ với tần số đầu vào f in , điện trở R f nguồn dòng I 2 và thòi gian t 1 . *Mạch đơn ổn (Monostable): Nhằm tạo ra xung có độ rộng t 1 , trong thời gian này nguồn dòng I 2 mở. M ạch sửa dạng MonoStable RC f in I 2 R f t 1 C Vout Hình 5.5 . FCC. Thiết bị này gọi là máy phát sóng quét và đánh dấu (sweep and marker). 4.4.10. Volkế DC Khóa K dùng để chuyển (tầm ảo) 15V, 150V, 1500V. Từ dao động thạch anh chuẩn 27MHz. áp 150V và 1500V xuống còn tối đa là 15V. 39 .75 41.25 45 .75 47. 25 f (MHz) A V Hình 4.24 Dao động thạch anh 27kHz C V 1000p C1 D C2 5000p R1 1M K 1 2. tần có thể đạt đến giá trị cực đại. Các ứng dụng phổ biến là trong các mạch thu phát hồng ngoại, thông tin quang, thu phát tín hiệu điều khiển từ xa, các loại tín hiệu số, hoặc lưu trữ dữ kiện,