KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TS. LƯU THẾ VINH - 3 ppt

Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 43 - Hình 2-16. Sơ đồ vôn kế mạch gánh emiter với mạch bổ chính sụt áp trên tiếp giáp E-B Bây giờ giả sử điện áp lối vào là V i = 5V. Lúc này điện áp emiter sẽ là: -10 V) = 14,3 V. 3 V – (-0,7 V) = 5 V. g hồ, mạch trên đã khử được sa o rằng điện áp của bộ chia áp V Hình 2-17. Mạch vôn kế thực tế với các ma u phân áp Thực vậy 2-17. Trong đó 2 = 3, tham số tónh của sơ đồ: V p , I E1 , I E2 , I 3 và I B khi điện áp ào V i ù khi V i = 0V thì: ; (-V CC ) = 0 – 0,7V – (-12V) = 11,3V; – V E = 5V – 0,7V = 4,3 V; và: V 2 = V E – (-V cc ) = 4,3 V – ( Điện áp đặt vào máy đo sẽ là: V g = V E – V p = 4, Như vậy toàn bộ giá trò của điện áp vào đặt vào đồn i số do sụt áp trên tiếp giáp E-B của transistor. – Nhận xét. Kết quả tính toán ở trên chỉ đúng khi ch p không bò ảnh hưởng bởi dòng của máy đo. Điều này chỉ đúng nếu dòng qua bộ chia áp (I 3 ) lớn hơn nhiều lần dòng lệch cực đại của điện kế (I g ) , Nghóa là: I 3 >> I g . Tuy nhiên nếu điều kiện này thực hiện sẽ gây tổn hao nguồn DC. Để khắc phục nhược điểm này, người ta dùng một mạch gánh emiter trên Q 2 như sơ đồ hình 2-17 I Q1 R2 R1 R4 R5 R3 Q2 Rs+Rg R6 I I V i B +V V cc -V cc V p E1 E2 V 3 I B g ïch bổ chính trên transistor và cầ , giả sử ta có vôn kế với các mạch bổ chính như hình R 9kΩ, R 6 = 3,9kΩ, R 3 = 2,7kΩ, R 4 = 1kΩ, R 5 = 2,2 kΩ và R s + R g = 1kΩ. Dòng lệch toàn thang của điện kế làø I g = 1mA; Điện áp nguồn nuôi ±V CC = ±12V. Các transistor loại Si có β = 100. Ta hãy xác đònh các v = 0. Ta co V B2 = V B1 = 0V V P = V B2 = 0V; V R2 = V i – V BE – I E1 = V R2 /R 2 = 11,3 V/ 3,9 kΩ ≈ 2,9 mA; I E1 = I E2 = 2,9 mA; Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 44 - mA kkk VV RRR VV I cc ( cc 07,4 2,217,2 )12(12 ) 543 3 = Ω+Ω+Ω − − = ++ − − ≈ và: I B ≈ I E / β = 2,9 mA /100 = 29 µA = 4,07mA. Để thay đổi tầm đo cho vôn mét, người ta mắc bộ phân áp lối vào như sơ đồ chỉ ra t Hình 2-18. Mạch suy giảm đầu vào Mạch chia áp gồm các điện tr ho phép chia một cách chính xác điện áp cần đo trước khi Như vậy thỏa mãn điều kiện I B = 29 µA << I 3 3.2.3.Mạch suy giảm dần đầu vào rên hình 2-18. Rb Rc Ra R1 Q3 Q1 R2 SW 25V 5V i Bộ suy giảm đầu vào V 10V 10K 40K 50K 150K V E ở R 1 , R a , R b và R c c tác động vào transistor lối vào. Mạch suy giảm đảm bảo khi tác dụng điện áp vào bất kỳ lối vào nào thì mức tối đa của điện áp lối vào transistor V B luôn luôn là 1V. Ví dụ ở thang đo 25V: V KKKK K V RRRR R VV i 10 25 1 cba B 1 40 50 150 10 1 = Ω+Ω+Ω+Ω Ω == +++ Như vậy, tùy thuộc vào khoảng đo đã chọn mà vò trí toàn thang đo của dụng ng hồ, người ta dùng thêm một transistor Q 3 mắc cụ được tính là 25 V, 10 V hay 5 V. Để tăng điện trở vào của đồ Daclington với Q 1 . Như vậy dòng đáy Q 1 sẽ là dòng emiter của Q 3 . Giả sử chọn hệ số khuếch đại dòng của Q 1 và Q 3 là như nhau: β 1 = β 3 = 100. Từ hình vẽ ta có: I B3 = I B1 /β 3 = I E1 / β 1 . β 3 ; Với dòng emiter I E1 = 2,9 mA như trong ví dụ ở phần trên thì ta có: AI B µ 29,0 3 == mA 9,2 100100 × mạch thì: Khi với mình Q 1 trong Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 45 - A mA I B µ 29 100 9,2 1 == Với điện áp lối vào V B = 1 V, điện trở vào của mạch sẽ là: Ω≈= k A V R i 34 29 1 µ Khi mắc thêm transistor Q 3 , điện trở vào của đồng hồ sẽ là: Ω≈= M A V R i 4,3 29,0 1 µ ; Như vậy nhờ mắc thêm Q 3 , trở kháng vào của đồng tăng thêm 100 lần. 3.3. Kế đầu vào JFET. Các transistor trường JFET có điện trở vào rất lớn, nếu mắc một FET đầu vào của vôn kế gánh emiter thì sẽ tăng điện trở vào của vôn mét lên rất nhiều. Sơ đồ mạch vôn kế đầu vào FET cho trên hình 2-19 Ra Rd Rb Rc Q3 Q1 R2 R5 R3 R4 Q2 Rs+Rg R6 I I R1 800K 10V 100K 50K 40K 5V 1V 25V +V cc V -V cc V p E1 V E2 3 I B g V G S V Bộ suy giảm đầu vào Tầng vào FET Vôn kế mạch gánh emiter V i Hình 2-19. Vôn kế đầu vào FET Vì dòng cực cổng cua JFET nhỏ hơn 50µA, nên điện trở tối đa 1MΩ thường được dùng để đònh thiên cực cổng cho FET. Trên hình 2-19, các điện trở của bộ suy giảm lối vào có điện trở tổng cộng là 1MΩ. Với cách mắc như vậy thì điện trở vào của vôn kế luôn luôn là 1 MΩ, và điện áp vào của FET luôn luôn là 1V khi tín hiệu vào cực đại đối với thang đo bất kỳ. Thực vậy, ví dụ ở thang đo 10 V, ta có: V RRRR RR VV dcba dC G 1 4060100800 4060 10 10 = +++ + ×= +++ + ×= . Điện trở vào do mạch tạo ra đối với điện áp cần đo là điện trở toàn phần của bộ suy giảm, bằng 1MΩ. –Ví dụ: Cho vôn kế đầu vào FET như hình 2-19, trong đó R 1 = 10KΩ, R 2 = 5,6KΩ, R 6 = 5,6KΩ, R 3 = 1,2KΩ, R 4 = 2KΩ, R 5 = 2,7KΩ và R s +R g = 1KΩ. Dòng lệch toàn thang của điện kế là 1mA. Nguồn nuôi ±V cc = ± 12V. Các transistor có β = 100. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 46 - Điện áp cổng nguồn của FET là V GS = –5V. Hãy xác đònh các tham số tónh của sơ đồ: V P , I S , I E1, I E2 và I 3 khi V G = 0. Xác đònh số chỉ của đồng hồ khi V i = 7,5V và máy đo để ở thang đo 10V. 3.3.1. Ta có: khi V G = 0, thì V S = V G – V GS = 0 V – (-5V) = 5V, V R1 = V s – (-V cc ) = 5 V – (-12V) = 17 V, I S = V R1 /R 1 = 17V / 10KΩ = 1,7mA, V P = V S =5V; V R2 = V S – V BE – (-Vcc) = 5V – 0,7V – (-12V) = 16,3V; I E1 = I E2 ≈ 2,9mA; I B = I E / β = 2,9mA / 100 = 29µA mA KKK VV RRR VV I cccc 1,4 7,222,1 ) 12( 12 )( 543 3 ≈ Ω+Ω+Ω − − = ++ −− = Như vậy ta có điều kiện thỏa mãn I B << I 3 . 3.3.2. Ở khoảng đo 10V, khi điện áp vào là 7,5V thì: V KKKK KK V RRRR RR VV dcba c iG d 75,0 4060100800 4060 5,7 = Ω+Ω+Ω+Ω Ω+Ω ⋅= +++ + = V s = V G – V GS = 0,75V–(-5V) = 5,75 V, V E1 = V G – V BE = 5,75 – 0,7 V = 5,05 V, V E2 = V P – V BE = 5V – 0,7 V = 4,3 V, Điện áp đặt vào cơ cấu đo sẽ là: V = V E1 – V E2 = 5,05 V – 4,3 V = 0,75 V = V G ; mA K V RR V I mS g 75,0 1 75,0 = Ω = + = (75% toàn thang đo). Như vậy ở thang đo 10V, toàn thang độ là 10V, nên 75% của toàn thang đo sẽ đọc là 7,5 V. 3.4.Vôn kế transistor khuếch đại. Để đo các điện áp nhỏ cần khuếch đại lên đến giá trò cần thiết trước khi đưa vào cơ cấu đo. Nói cách khác phải mở rộng thang đo của vôn kế và tăng độ nhạy của đồng hồ. Sử dụng các linh kiện điện tử, bán dẫn hoặc dùng khuếch đại thuật toán để thiết kế các mạch khuếch đại. 3.4.1 Mạch vôn kế dùng khuếch đại vi sai. Mạch vôn kế khuếch đại vi sai dùng để đo những điện áp rất nhỏ. Sơ đồ nguyên lý của vôn kế chỉ ra trên hình 2-20. Ở đây các điện trở R 1 và R 6 phân cực đáy cho Q 1 và Q 2 ở thế đất khi điện áp vào bằng 0. Lúc này sụt áp trên điện trở R 4 là: V R4 = 0 – V BE – (-V cc ). Dòng chảy qua R 4 là: I E1 + I E2 = V R4 / R 4. Dễ thấy các dòng I E1 = I E2 khi V i = 0. Vì I c ≈ I E nên ta có: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 47 - I C1 = I C2 ≈ (I E1 + I E2 ) / 2; Và : V C1 = V CC – I C1 R L1 = V CC – I C1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 2 3 2 R R ; V C2 = V CC – I C2 R L2 = V CC – I C2 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + 2 3 2 R R ; Điện áp đặt vào cơ cấu đo: V = V C1 – V C2 I Q1 R1 Q2 Rs+Rg R4 R2 R5 R3 I -V V C1 E1 cc +V cc E2 V C2 V i R L2 R L1 R2 Hình 2-20. Mạch vôn kế khuếch đại vi sai Khi V i = 0, I C1 = I C2 và V C1 = V C2 , điện áp đặt vào máy đo bằng 0. Trên sơ đồ biến trở R 3 được dùng để điều chỉnh mức “zero” của đồng hồ. Nhờ R 3 có thể điều chỉnh để hai nửa vi sai hoàn toàn cân bằng về mặt tải và do đó dòng chạy qua hai transistor, tức là điều chỉnh được V C1 và V C2 . Giả sử tác dụng vào đáy Q 1 một điện áp dương nhỏ làm dòng I C1 tăng lên. Dòng I C1 tăng lên bao nhiêu thì dòng I C2 giảm xuống bấy nhiêu do 2 nửa mắc vi sai, và điều đó khiến V C1 giảm và V C2 tăng lên. Kết quả là chênh lệch điện áp đặt vào máy đo sẽ tăng lên gấp đôi. Ta có : V = V C1 – V C2 = A V . V i Trong đó A V là hệ số khuếch đại điện áp của mạch: ie Lfe V h Rh A = ; h fe = β – Hệ số khuếch đại đòng điện; h ie = R BE – Điện trở base-emiter của tranzistor khi nhìn từ đáy của transistor. Thông thường giá trò h ie = 1-2 KΩ đối với dòng xoay chiều. –Ví dụ 1: Mạch vôn kế khuếch đại vi sai như hình 2-20. R 2 = R 5 = 4,7KΩ, R 3 = 500Ω, R 4 = 3,3KΩ, ±V CC = ±15V. Hãy xác đònh các mức dòng và áp trong mạch ở chế dộ tónh (khi V i =0). Ta có: khi V i =0, V B1 = V B2 = 0; Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 48 - mA K VV R VV II CCBE EE 33,4 3,3 )15(7,00 )(0 4 21 = Ω − − − = − − − =+ Và: mA mA II EE 17,2 2 33,4 21 === I C1 = I C2 ≈ I E = 2,17 mA V RL1 = V RL2 = I C (R 2 + R 3 /2) = 2,17 mA (4,7 KΩ + 500Ω /2 ) = 10,7 V V C1 = V C2 = V CC – V RL = 15V – 10,7 V = 4,3 V. –Ví dụ 2: Các tham số của mạch vôn kế khuếch đại vi sai như ví dụ 1. Các transistor có h fe = 80, h ie =1,5K Ω . Cơ cấu đo có dòng lệch toàn thang là I g = 100µA, điện trở khung dây là R g = 1,2 K Ω . Hãy tính giá trò điện trở phụ R S để kim điện kế chỉ độ lệch toàn thang khi điện áp vào V i = 10 mV. Ta có: ( ) 264 3 2 1 2 = + == ie fe ie Lfe V h RRh h Rh A Điện áp đặt vào cơ cấu đo sẽ là: V = A V . V i = 264. 10 mA = 2,64 V. I g = V/ (R g + R S ) R S = V /I g – R g = 2,64 V / 100 µ A – 1,2 KΩ = 25,2 K Ω . 3.4.2. .Mạch vôn kế dùng khuếch đại hồi tiếp. Sơ đồ nguyên lý mạch của vôn kế khuếch đại hồi tiếp chỉ ra trên hình 2-21. Trong đó Q 1 và Q 2 được mắc như bộ khuếch đại vi sai với nguồn dòng hằng được thiết kế I = 2mA; Ta có I = I C1 + I C2 = 2I C1 = 2I C2 = 2mA; Sụt áp trên điện trở R 2 là: V R2 = I C1 R 2 = 1mA. 8,2KΩ = 8,2V. Thế colector của Q 1 sẽ là: V C1 = V CC – V R2 = 12V – 8,2V = 3,8V. Vì cực đáy Q 3 được nối với colector Q 1 nên ta có: V B3 = V C2 = 3,8V. Q1 R1 Q2 R4 R2 R5 Q3 Rs+Rg R3 -V cc V o +12 V +4,5V 8,2K 12K 9,9K 1mA 1mA 8,2V 3,8V 12V 100 - 12 V V i Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 49 - Hình 2-20. Vôn kế transistor khuếch đại hồi tiếp. Transistor Q 3 được cấp nguồn V EE = +4,5V, điện áp tiếp giáp B-E của Q 3 là 0,7Vù. Nếu mạch thiết kế để sao cho I C3 = 1mA, thì sụt áp trên R 5 sẽ là: V R5 = I C3 R 5 = 1mA.12KΩ = 12 V; Và V C3 = –V CC + V R5 = –12V + 12V = 0V. V B2 ≡ V C3 = 0V. Như vậy thế cực đáy của Q 1 và Q 2 đều bằng 0V khi điện áp vào V i = 0. Với cách mắc Q 3 như vậy làm cho điện áp base Q 2 luôn luôn cân bằng với điện áp base của Q 1 . Thật vậy, ta giả sử rằng V B2 < V B1 , dẫn tới dòng I C2 < I C1 và làm cho V R2 tăng lên, khiến V C1 giảm, dòng đáy I B3 tăng, I C3 tăng và V R5 tăng làm cho V C3 tăng kéo V B2 tăng trở lại. Ngược lại, nếu V B2 > V B1 thì quá trình hồi tiếp sẽ làm cho I C3 giảm, V C3 giảm và kéo V B2 giảm xuống bằng V B1 . Như vậy trong mọi trường hợp thế đáy Q 1 và Q 3 luôn tự động cân bằng lẫn nhau. Nếu thế đáy của Q 1 tăng lên cao hơn hoặc xuống thấp hơn mức 0 thì đáy của Q 2 cũng biến đổi lặp lại đúng như vậy. Nếu mắc máy đo vào đầu ra như trên hình vẽ 2-20, mạch sẽ hoạt động giống như một vôn kế mạch gánh emiter tuyệt vời. Để mạch có thể hoạt động tốt các transistor Q 1 và Q 2 phải hoàn toàn giống nhau. Bây giờ giả sử mắc thêm một điện trở R 3 = 100 Ω (đường chấm chấm), mạch vẫn duy trì trạng thái cân bằng thế đáy của Q 2 và Q 1 . Khi tác dụng vào đáy Q 1 điện áp V i = 10mV, đầu ra cũng tăng tới mức điện áp V B2 = 10mV. Vì R 3 và R 4 là bộ chia áp nên điện áp trên điện trở (R 3 + R 4 ) là: 3 43 10 R RR mVV o + ⋅= Hay V K mV R RR VV io 1 100 1009,9 10 3 43 = Ω Ω + Ω ⋅= + ⋅= ; Như vậy điện áp vào 10mV đã được khuếch đại lên thành điện áp ra 1V, và độ lớn 1V có thể đưa vào cơ cấu đo. Độ khuếch đại của mạch là: 3 43 R RR A V + = –Ví dụ: Mạch vôn kế khuếch đại hồi tiếp như hình 2-21 sử dụng điện kế từ điện có dòng lệch toàn thang I g = 1mA. Điện trở của mạch máy đo là R S + R g = 1KΩ. Hãy xác đònh điện áp đầu vào khi kim máy đo chỉ 25% độ lệch toàn thang, tính dòng I C3 lúc đó. Ta có khi điện kế chỉ 25% độ lệch toàn thang có nghóa là dòng qua máy đo lúc này bằng: I g = 25% 1mA = 0,25 mA; Điện áp ra: V o = I g (R S +R m ) = 0,25 mA. 1K Ω = 250 mV; Điện áp vào: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 50 - mV K mV RR R VVV oRi 5,2 9,9100 100 .250 43 3 3 = Ω+Ω Ω = + == . Dòng trên collector Q 3 sẽ là: mAmA K VmV K mA I R VV RR V IIII g CCoo gRRC 3,125,0 12 )12(250 9,9100 250 )( 543 543 ≈+ Ω −− + Ω+Ω = + −− + + =++= 3.5.Vôn kế sử dụng mạch khuếch đại thuật toán (OP- AMP). 3.5.1. Vôn kế dùng mạch khuếch đại lặp lại. Sơ đồ của vôn kế trên khuếch đại thuật toán mắc theo kiểu lặp lại điện áp như trên hình 2-22. Tầng lặp lại điện áp dùng OP-AMP có ưu điểm là mạch đơn giản, trở kháng lối vào rất lớn, trở kháng ra nhỏ dễ phối hợp với mạch đo. Ra Rd Rb Rc + - R4 Rs+Rg Bộ suy giảm đầu vào +V cc cc -V Mạch lặp lại điện áp Mạch máy đo V i Hình 2-22. Vôn kế dùng mạch khuếch đại thuật toán 3.5.2. .Vôn kế khuếch đại trên OP-AMP. Đối với các tín hiệu điện áp nhỏ cần phải khuếch đại lên mức cần thiết trước khi đưa vào mạch đo. Sơ đồ mạch vôn kế khuếch đại cơ bản như hình 2-23. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 51 - Rs+Rg R4 + - R3 I I cc +V -V cc B 4 Vi Vo H ình 2-23. Vôn kế khuếch đại trên OP- A MP Mạch mắc theo kiểu khuếch đại không đảo. Hệ số khuếch đại của mạch phụ thuôc vào tỷ số của mạch phân áp trên R 3 và R 4 : 3 4 1 R R A V += (2-17) Dòng qua bộ phân áp I 4 được chọn lớn hơn rất nhiều so với dòng vào I B , do đó dòng I B không có ảnh hưởng lớn tới điện áp hồi tiếp. Điện trở toàn phần R 3 +R 4 được tính như sau: R 3 + R 4 = V o / I 4 (2-18) Vì V R3 = V i nên: R 3 = V i / I 4 (2-19) –Ví dụ: Sơ đồ của một vôn kế khuếch đại trên OP-AMP như hình 2-23. Hệ số khuếch đại điện áp của OP-AMP là A V = 200.000 và dòng đònh thiên vào I B = 0,2 µA. Điện áp cần đo có giá trò cực đại 20 mV; Cơ cấu đo có dòng lệch toàn thang là I g = 100µA, R S + R g = 10KΩ. Hãy xác đònh các giá trò thích hợp của R 3 và R 4 và tính điện trở vào của vôn kế. Từ hình vẽ ta có: Điều kiện đặt ra là I 4 >> I B , Ta chọn: I 4 = 1000 I B = 1000 . 0,2 µA = 0,2 mA Tại độ lệch toàn thang đo: I g = 100 µA và: V o = I g (R S + R g ) = 100µA . 10KΩ = 1V. Ta có: R 3 + R 4 = V o / I 4 = 1V / 0,2 mA = 5KΩ R 3 = V i / I 4 = 20 mV / 0,2mA = 100Ω; R 4 = (R 3 + R 4 ) – R 3 = 5KΩ – 100Ω = 4,9 KΩ; Điện trở vào của mạch đo: R i = V i / I B = 20mV / 0,2 µA = 100 KΩ. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 52 - 3.5.3. Vôn kế sử dụng mạch biến đổi điện áp thành dòng điện. Sơ đồ nguyên lý mạch chỉ ra trên hình 2-24. + - I Rg R3 I cc +V -V cc B Vi Vo V R3 B H ình 2-24. Vôn kế sử dụng mạch biến đổi điện áp thành dòng điện Với mạch khuếch đại không đảo, điện áp trên R 3 (V R3 ) luôn biến đổi lặp lại giá trò của điện áp vào. Như vậy dòng chạy qua điện kế sẽ là: 3 R V I i = (2-20) Nếu biết dòng lệch toàn thang của điện kế là I g thì giá trò của điện trở R 3 sẽ được tính: R 3 = V i / I g (2-21) Điện trở R 3 thường được thiết kế thành một phần cố đònh và một phần là biến trở có thể điều chỉnh được. Với cách mắc như vậy ta dễ dàng chuẩn độ được thang đo của đồng hồ. –Ví dụ: Cho mạch vôn kế sử dụng mạch biến đổi điện áp thành dòng điện như hình 2-24. Cơ cấu đo có dòng lệch toàn thang là I g = 1mA, R g = 100 Ω. Hãy tính giá trò của điện trở R 3 sao cho với điện áp vào là V i =1V thì kim điện kế chỉ độ lệch toàn thang. Xác đònh điện áp tối đa ở đầu ra của OP-AMP. Ta có : R 3 = V i / I g = 1V / 1mA = 1KΩ V o = I(R 3 + R g ) = 1mA (1 kΩ + 100 Ω) = 1,1 V. 3.6. Đo điện áp xoay chiều. Do cơ cấu từ điện chỉ đo được các điện áp một chiều. Để dụng cụ có thể đo được điện áp dòng xoay chiều, người ta sử dụng các mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ hoặc cả chu kỳ trên các linh kiện bán dẫn. Đối với các điện áp xoay chiều thấp cần được khuếch đại lên trước khi chỉnh lưu và đưa vào mạch đo. Tùy thuộc vào trò số điện áp cần đo mà thiết kế mạch tách sóng tương ứng: – Tách sóng đỉnh (hoặc biên độ); Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com [...]... như hình 2 -3 2 Lúc này, dòng cực đại của máy đo vẫn tính theo công thức ( 2-2 9), tuy nhiên dòng trung bình qua máy đo sẽ tăng gấp đôi, tức là: Itb = 0, 637 Im ( 2 -3 1) Rg +V + C1 + Vi -V - R1 Dòng qua máy đo Rs Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 58 - Hình 2 -3 2 Bộ đổi điện áp thành dòng điện với bộ chỉnh lưu toàn... chỉnh lưu và đưa vào mạch đo Mạch khuếch đại chỉnh lưu nửa sóng chính xác như hình 2 -3 0 Hệ số khuếch đại của mạch phụ thuộc tương quan giữa các điện trở của cầu phân áp R2, R3: AV = R 2 + R3 R3 ( 2-2 8) +Vcc C1 D1 + Vi Vo R2 R1 Rs -Vcc Rg Khuếch đại chỉnh lưu Lưu Thế Vinh R3 Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 57 - Hình 2 -3 0... hàm bậc 2 Trên hình 2 -3 3 là sơ đồ nguyên lý của mạch tạo hàm bậc 2 nhờ các mắt điện trở – diode Mỗi mắt được cấu tạo từ một diode và một bộ phân áp bằng điện trở (hình 2 -3 3, b) Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 59 - Do + R1c D1 Ro ux R3c R2c D2 D3 io U1 Do U2 U3 R1 C R2 R3 - i i1 a) i2 i3 i1 R1c D1 + i1 u... 2 -3 5, b: Vo = Vi Lưu Thế Vinh R2 // 1 jωC R1 = - R2 1 ⋅ R1 1 + JωCR2 ( 2 -3 7) Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 61 - c) Mạch khai căn Mắc một mạch nhân trong vòng hồi tiếp của một mạch khuếch đại ta sẽ được điện áp lối ra là căn bậc 2 của điện áp lối vào (hình 2 -3 6) R R Vo Vi Vo R + R - - Vi + a) b) Hình 2 -3 6 Mạch khai căn... diode – điện trở như đã trình bày là B 3- 6 , B 3- 1 8 i0 Ux Hình 2 -3 4 Đặc tính vôn-ampe của mạch tạo hàm bậc hai trên các mắt diode b.Mạch lấy trò trung bình Sử dụng mạch lọc RC đơn giản (hình 2 -3 5, a) hoặc dùng kết hợp mạch khuếch đại thuật toán (hình 2 -3 5, b) R2 Vo Vi C R1 Vo - Vi R + C a) Hình 2 -3 5 b) Đối với sơ đồ hình 2 -3 5, a ta có: Vo Vi 1 1 jωC = = 1 1 + jωRC R+ jωC ( 2 -3 6) Đối với sơ đồ hình 2 -3 5, b:... U3 < ; Hoạt động của mạch như sau: Khi điện áp vào Ux(t) < U1, các diode D1, D2 và D3 bò khóa Dòng điện qua mạch R0 và đồng hồ đo là i0 Khi U1 < Ux(t) < U2 , diode D1 mở, các diode D2 và D3 khóa Dòng qua đồng hồ đo là i0 + i1 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử Khi U2 < Ux(t) < U3 , các diode D1, D2 mở, D3... 2-2 7 Tách sóng biên độ trên OP-AMP Mạch mắc theo sơ đồ khuếch đại đảo Ở những nửa chu kỳ dương của điện áp tín hiệu Vi, điện áp V2 lối ra OP-AMP sẽ âm, diode D1 mở, D2 khoá Lối ra của khuếch đại thuật toán nối với lối vào qua điện trở thuận rất nhỏ của D1 nên tạo ra hồi Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử -. .. -2 7) π 0 +Vcc Vi ( 2-2 6) Rs -Vcc R2 Rg R3 Hình 2-2 8 Vôn kế tách sóng trung bình ỉ Các quan hệ trên không thay đổi đối với mọi tần số dạng sóng sin Với các điện áp khác dạng sin phải tiến hành hiệu chỉnh Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 56 - Đối với mạch chỉnh lưu nửa sóng như hình 2-2 8 thì sụt áp thuận trên... điện áp) + Mạch ghim đỉnh dương (hình 2-2 6, a) – Ở bán kỳ dương của điện áp tín hiệu, D thông , tụ C được nạp tới trò đỉnh VP Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 54 - – Ở bán kỳ âm, diode D khóa, thế atốt của D bằng thế vào hình sin cộng với VP, kết quả mức DC của điện áp ra bò dòch xuống dưới trục hoành... N/ τ Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện Version - http://www.simpopdf.com Simpo PDF Merge and Split Unregistered Điện tử - 63 - Nếu chọn τ = 1s thì fx = N Số đếm được đưa qua mạch chốt sau đó đưa qua mạch giải mã và chỉ thò Hết thời gian mở cửa, bộ điều khiển phát xung xóa kết quả ở bộ đếm, và bộ đếm lại chuẩn bò chu kỳ mới 4.2 .3 Bộ biến đổi điện áp sang tần số (V/F) Điện áp cần đo được . 0, 637 I m ( 2 -3 1) + - C1 - + Rs R1 +V -V Vi Rg Dòng qua máy đo Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện Điện. Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện Điện tử - 59 - C Do Do D1 D2 D3 Ro R1 R2 R3 U1 U2 U3 R1c R2c R3c + - i 1 i 2 i 3 i D1 R1 U1 R1c + - i 1 x u (t) U1 i 1 x u a) b). Unregistered Version - http://www.simpopdf.com Kỹ Thuật Đo Lường Điện Điện tử - 51 - Rs+Rg R4 + - R3 I I cc +V -V cc B 4 Vi Vo H ình 2-2 3. Vôn kế khuếch đại trên OP- A MP