BÀI THÍ NGHIỆM MÔN CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

Yêu cầu: − Mỗi nhóm SV phải sử dụng được các loại máy đo thông dụng hiện có như Ô-xi-lô, Máy tạo sóng, Đồng hồ đo vạn năng số, tương tự, máy đếm tần,… − Mỗi nhóm SV phải phân tích được

BÀI THÍ NGHIỆM MÔN CƠ SỞ ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ

NGÀNH HỌC: ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VÀ ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG

HỌC PHẦN: 03 đvth

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 1 - TÌM HIỂU VÀ KIỂM CHUẨN THIẾT BỊ ĐO

THÔNG DỤNG

Thời lượng: 4 tiết

1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU

1.1 Mục đích:

− Giúp sinh viên làm quen với việc tìm hiểu phân tích, sử dụng thiết bị đo, hiểu nguyên lý làm việc của thiết bị đo thông dụng

− Giúp sinh viên biết cách xác định tham số, kiểm chuẩn lại thiết bị

1.2 Yêu cầu:

− Mỗi nhóm SV phải sử dụng được các loại máy đo thông dụng hiện có như Ô-xi-lô, Máy tạo sóng, Đồng hồ đo vạn năng số, tương tự, máy đếm tần,…

− Mỗi nhóm SV phải phân tích được nguyên lý làm việc của mỗi máy đo hiện có, biết cách xác định các đặc tính đo lường của chúng

− Mỗi nhóm SV phải thực hiện được các phép đo cơ bản trên các dụng cụ đo đó

− Mỗi nhóm SV làm thí nghiệm viết chung báo cáo trong quá trình thực hiện thí nghiệm, nộp báo cáo vào cuối buổi thí nghiệm

− Nội dung báo trình bày theo các bước thực hiện theo bài hướng dẫn

2 CHUẨN BỊ

2.1 Lý thuyết:

SV đọc cuốn “Bài giảng Đo lường điện tử”, các phần sau:

− Chương 1 - Giới thiệu chung về đo lường điện tử (nắm chắc các đặc tính đo lường của thiết bị đo, các đặc tính điện của thiết bị đo lường điện tử)

− Chương 2 - Đánh giá sai số (nắm chắc biểu thức biểu diễn giá sai số)

− Chương 3- Cở sở kỹ thuật đo lường điện tử (nắm chắc cấu trúc chung của thiết bị đo lường điện tử, cơ cấu đo từ điện, ống tia điện tử)

− Chương 4 - Ô-xi-lô (nắm chắc Cấu tạo, nguyên lý hoạt động Ô-xi-lô)

− Chương 5 – Phép đo điện cơ bản (nắm chắc cấu trúc dụng cụ đo vạn năng)

2.2 Tổ chức thí nghiệm

- Mỗi nhóm từ 10 – 12 sinh viên, được chia thành 2SV/1 nhóm làm thí nghiệm

2.3 Trang thiết bị, dụng cụ:

(cho 1 nhóm)

Máy tạo sóng chức năng 06

Đồng hồ đo vạn năng số 06

Đồng hồ đo vạn năng tương

tự

06

3 NỘI DUNG

3.1 Hướng dẫn chung: 30 phút

3.2 Các bước thực hiện: 120 phút

Trình tự các bước:

- Tìm hiểu hoạt động của máy tạo sóng

- Tìm hiểu hoạt động của ô-xi-lô

- Tìm hiểu Máy đếm tần

- Kiểm chuẩn lại các tham số của ô-xi-lô

- Dùng ô-xi-lô quan sát và đo lường dạng tín hiệu khác nhau

A Tìm hiểu máy tạo sóng chức năng (20 phút)

- Tìm hiểu loại máy tạo sóng chức năng hiện có :

+ Các dạng sóng tạo được

+ Các băng tần:

+ Tìm hiểu các phím chức năng khác:

- Cách điều chỉnh tần số:

- Điều chỉnh biên độ điện áp ra:

- Điều chỉnh mức một chiều:

B- Tìm hiểu hoạt động của ô-xi-lô (40 phút)

Yêu cầu:

- Vẽ vào báo cáo sơ đồ khối chi tiết nhất có thể của Ô-xi-lô 2 kênh dùng CRT 1 tia kết hợp chuyển mạch điện tử

- Giải thích chức năng hoạt động, ý nghĩa của tất cả các chuyển mạch, các ký hiệu có trên ô-xi-lô hiện có và liên hệ với sơ đồ khối của ô-xi-lô 2 kênh đã vẽ ở trên

- Mắc sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ: Đưa tín hiệu ra từ máy tạo sóng chức năng vào cả 2 đầu vào kênh 1 (CH1) và kênh 2 (CH2) của ô-xi-lô

.(Chú ý các dây phải đấu nối đúng, và được cán bộ hướng dẫn kiểm tra mới được bật nguồn)

- Bật nguồn cho 2 máy làm việc

- Điều chỉnh máy tạo sóng phát ra tín hiệu hình sin, tần số khoảng 10kHz

- Điều chỉnh ô-xi-lô để quan sát được tín hiệu ở cả 2 kênh

Bước 1 – Điều chỉnh các chuyển mạch, quan sát thay đổi trên màn hình và giải thích hoạt động của các chuyển mạch trên ô-xi-lô:

Loại ô-xi-lô:

CRT: - Loại tia - Focus:

- Intensity/Bright:

Dây đo: Loại: Hệ số suy giảm:

Tham số đầu vào: CH1:

CH2:

Kênh lệch đứng Y - Vert Mode:

Các chuyển mạch điều chỉnh cho kênh 1 – CH1 - Chuyển mạch kết nối đầu vào:

- Volts/Div:

- Var:

- POS (chú ý chức năng khi được kéo ra – Pull ALT):

Các chuyển mạch điều chỉnh cho kênh 2 – CH2 - Chuyển mạch kết nối đầu vào:

Máy tạo sóng chức

năng

OUT

Ô-xi-lô

CH1 CH2 Đầu móc

Đầu kẹp cá sấu

- Volts/Div:

- Var:

- POS (chú ý chức năng khi được kéo ra – Pull INVERT):

Các chuyển mạch điều chỉnh điện áp quét (Time Base): - Time/div:

- VAR_SWEEP:

- HOLD:

- X-Y:

- POS:

Các chuyển mạch đồng bộ): - Source:

- Coupling:

- Trig Level:

- Slope:

C- Kiểm chuẩn lại các tham số của ô-xi-lô (20 phút) - Đưa tín hiệu chuẩn từ đầu vào Vpp của ô-xi-lô vào kênh CH2, tín hiệu từ máy tạo sóng vào kênh CH1 (tín hiệu sin khoảng 5kHz) - Điều chỉnh ô-xi-lô để 2 tín hiệu quan sát được ổn định - Xác định lại tham số của tín hiệu chuẩn và kiểm tra lại các hệ số V/div và Time/div của các kênh - Xác đinh thời gian quét thuận của điện áp quét ứng với trường hợp đang quan sát D- Dùng ô-xi-lô quan sát và đo lường các dạng tín hiệu khác nhau (30 phút) 1 Điều chỉnh máy tạo sóng tạo ra tín hiệu hình sin, và có thành phần 1 chiều bất kỳ và sử dụng ô-xi-lô để đo các tham số sau: Đưa tín hiệu cần đo vào quan sát ở kênh CH1 của Ô-xi-lô: + Biên độ:

+ Điện áp hiệu dụng:

+Thành phần 1 chiều:……….

+ Chu kỳ:

U(t) Ch1

-Ô-xi-lô

(b)

Hướng dẫn:

Giả sử sử dụng Ô-xi-lô tương tự 2 kênh để đo tham số của tín hiệu điện áp Đưa tín hiệu điện áp cần đo U(t) (giả sử là dạng điện áp hình sin) vào đầu vào kênh CH1 hoặc CH2 của Ô-xi-lô Điều chỉnh Ô-xi-lô ở chế độ quét trong tuyến tính liên tục và đồng bộ sao cho có ít nhất một chu kỳ tín hiệu hiển thị trên màn hình với biên độ đủ lớn và nằm trong giới hạn màn hình (ví dụ hình ảnh dao động đồ như hình-b

Đọc các hệ số lệch đứng và ngang của Ô-xi-lô: Volts/div =…… , Time/div=……

+ Đo điện áp đỉnh – đỉnh U pp : Dựa vào dao động đồ, xác định độ lệch theo chiều đứng

giữa đỉnh và đỉnh dưới H(div) như hình vẽ

Upp=H(div) x [Volts/div]

Với U(t) là dạng điện áp hình sin: =>Biên độ Um=Upp/2; giá trị hiệu dụng

2 2

URMS = U pp

+ Đo chu kỳ T: Dựa vào dao động đồ, xác định độ lệch theo chiều ngang của 1 chu kỳ tín

hiệu L (div) (ví dụ độ lệch giữa 2 đỉnh liên tiếp

T=L(div)x[Time/div]

=> f=1/T

+ Đo thành phần 1 chiều U DC : có thể thực hiện theo 2 cách sau đây:

- Cách 1: Xác định ví trí đường điện áp 0V (GND) bằng cách đưa chuyển mạch

(AC-GND-DC)->GND, sau đó đưa lại chuyển mạch về vị trí DC, thành phần một chiều chính là

L

H

khoảng điện áp giữa đường 0V và đường trung bình của dạng điện áp hiển thị trên màn hình ở chế độ DC

- Cách 2: Đưa chuyển mạch (AC-GND-DC)->AC, đánh dấu một đỉnh bất kỳ của dao động

đồ, sau đó đưa chuyển mạch về vị trí DC, xác định độ dịch chuyển của đỉnh đó ∆H(div)

[Volts div]

div H

div Volts div H

/ )

(

/ )

(

UDC

∆

−

∆ +

-Nếu đỉnh dịch chuyển xuống dưới

2 Điều chỉnh máy tạo sóng tạo ra tín hiệu xung vuông tần số khoảng 1.5MHz và đo các tham số:

+ Biên độ xung: + Chu kỳ:

+ Độ rộng xung:

+ Độ rộng sườn trước: + Độ rộng sườn sau:

E – Tìm hiểu máy đếm tần (10 phút)

- Tìm hiểu loại máy đếm tần hiện có :

+ Các dạng tín hiệu đo vào

+ Các băng tần:

+ Tìm hiểu các phím chức năng khác:

- Cách điều chỉnh mức kích khởi:

- Cách sử dụng Clk nội:

- Các sử dụng Clk ngoài:

+ Đo tần số của tín hiệu :

3.3 Ghi nhận, phân tích kết quả: 30 phút

4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

− Thực hiện /thao tác thực tế: 7 điểm

− Phân tích kết quả: 3 điểm

− Điểm bài: 10 điểm

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 2 – THỰC HIỆN CÁC PHÉP ĐO NÂNG CAO

DÙNG Ô-XI-LÔ

Thời lượng: 4 tiết

1 MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU:

1.1 Mục đích:

− Giúp cho sinh viên biết cách điều chỉnh máy tạo sóng và máy hiện sóng trong các yêu cầu

cụ thể, biết cách thực hiện các phép đo sử dụng máy hiện sóng

1.2 Yêu cầu:

− Mỗi nhóm SV phải hiểu và biết cách sử dụng máy hiện sóng để thực hiện các chức năng đo

− Mỗi nhóm SV phải phân tích được nguyên lý hoạt động của mỗi mạch đã lắp

− Mỗi nhóm SV đo được các tham số của sơ đồ theo yêu cầu của mỗi mạch

− Mỗi nhóm SV làm thí nghiệm viết chung báo cáo trong quá trình thực hiện thí nghiệm, nộp báo cáo vào cuối buổi thí nghiệm

− Nội dung báo trình bày theo các bước thực hiện theo bài hướng dẫn

2 CHUẨN BỊ

2.1 Lý thuyết:

SV đọc cuốn “Bài giảng Cơ sở đo lường điện tử”, các phần sau:

− Chương 4 (nắm chắc ứng dụng đo lường của Ô-xi-lô)

2.2 Trang thiết bị, dụng cụ:

(cho 1 nhóm)

Thông số

Máy tạo sóng chức năng 06

Đồng hồ đo vạn năng

số/tương tự

06

Nguồn DC cung cấp 06

3 NỘI DUNG

3.1 Hướng dẫn: 30 phút

3.2 Các bước thực hiện: 120 phút

A - Đo tần số bằng phương pháp Lissajous ( 20 phút )

Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ, điều chỉnh các máy tạo sóng ở chế độ phát tín hiệu hình sin,

để tần số máy tạo sóng 1 bất kỳ fx (khoảng 1KHz)- coi như tần số chưa biết, dùng máy tạo sóng 2 như một máy tạo tín hiệu chuẩn fch để đo tần số của máy tạo sóng 1 theo phương pháp lissajous, sau đó so sánh với kết quả tần số hiển thị trên máy tạo sóng 1 Thực hiện 3 lần

Giả sử ta đo bằng Lissajous Ô-xi-lô 2 kênh, ta phải điều chỉnh:

+ Tín hiệu cần đo tần số:Ufx Kênh CH1 Kênh Y

+ Điện áp chuẩn Ufch Kênh CH2 Kênh X

+ Điều chỉnh Oxilo làm việc ở chế độ quét Lissajous (Ufx Y1-Y2; Ufch X1-X2)

• Chọn chuyển mạch X-Y

• Vert.Mode  CH1  UCH1Kênh Y

• Source  CH2  UCH2Kênh X

+Điều chỉnh các chuyển mạch Volts/div (CH1 và CH2);POS-Y (CH1);POS-X

để nhận được dao động đồ Lissajous nằm chính giữa và trong giới hạn màn hình

+Thay đổi tần số chuẩn fch để nhận được dao động đồ Lissajous ổn định trên màn hình

Máy tạo sóng 1

(Chưa biết tần số

fx)

Máy tạo sóng 2 (Đã biết tần số fch)

Ô-xi-lô

CH1 CH2

Xác định f x :

• Xác định số điểm cắt dao động đồ của một cắt tuyến nằm ngang (phương X) bất kỳ :

nX

• Xác định số điểm cắt dao động đồ của một cắt tuyến thẳng đứng (phương Y) bất kỳ :

nY

• Tỷ số giữa tần số của tín hiệu dưa vào kênh X và tần số của tín hiệu đưa vào kênh Y sẽ

lệ nghịch với tỷ số của số điểm cắt dao động đồ của cát tuyến theo phương X và phương Y tương ứng:

X

Y Y

X

n

n f

f = Giả sử:

Y

X X

Y CH

CH ch

x

n

n f

f f

f f

f

=

=

=

2 1

n

n f f

Y

X ch

2

4

=

=

Phép đo tần số bằng phương pháp Lissajous có độ chính xác bằng với độ chính xác của tần

số fch, và giới hạn tần số đo được lớn, bằng giới hạn tần số của kênh lệch đứng

Để việc số điểm cắt dễ dàng, thường điều chỉnh fch sao dao động đồ không quá phức tạp

và số điểm cắt dao đông đồ không quá lớn

B Đo góc lệch pha giữa 2 tín hiệu bằng phương pháp Lissajous ( 40 phút )

- Lắp mạch thí nghiệm :

* Sử dụng tấm cắm lắp mạch bốn cực gồm C (tụ 104) và R (100Ω hoặc 1kΩ)

* Lắp sơ đồ thí nghiệm (Tín hiệu từ Máy tạo sóng ( dạng hình sin) được đưa vào đầu vào

mạch và kênh CH1 của ô-xi-lô, tín hiệu ra của mạch được đưa vào kênh CH2 của ô-xi-lô)

- Bật nguồn cho các máy làm việc

B.1 Sử dụng phương pháp quét tuyến tính

+ Điện áp vào hình sin U1(t) được đưa vào kênh CH1, Điện áp ra U2(t) được đưa vào kênh CH2

(a)- Đo bằng phương pháp quét tuyến tính (b) – Đo bằng phương pháp Lissajous

Hình 4.1 - Kết quả đo góc lệch pha

+ Điều chỉnh Ô-xi-lô ở chế độ hiển thị 2 kênh, quét trong tuyến tính liên tục

+ Điều chỉnh các hệ số lệch tia và vị trí sao cho nhận được ít nhất một chu kỳ của các tín hiệu, biên độ đủ lớn và nằm trong giới hạn màn hình Giả sử kết quả hiển thị như Hình 4.1-a

T

t

∆

=

B.2 Sử dụng phương pháp quét lissajous

+ Điện áp vào hình sin U1(t) được đưa vào kênh CH1, Điện áp ra U2(t) được đưa vào kênh CH2 Điều chỉnh Ô-xi-lô ở chế độ quét Lissajous sao cho:

• U1(t) kênh CH1  kênh Y

• U2(t) kênh CH2  kênh X

Điều chỉnh các chuyển mạch như sau:

• Chọn chuyển mạch X-Y (chuyển sang chế độ quét lissajous)

• Vert.Mode  CH1  UCH1Kênh Y

• Source  CH2  UCH2Kênh X

+ Điều chỉnh các hệ số Volts/div (CH1 và CH2), POS-Y (CH1), POS-X để nhận được dao động

đồ Lissajous nằm chính giữa và trong giới hạn màn hình Dao động đồ sẽ có đường thẳng hoặc đường Elip hay đường tròn

+ Xác định gốc trung tâm của dao động đồ: đưa các chuyển mạch kết nối đầu vào của cả 2 kênh

về vị trí GND, trên màn hình sẽ là 1 điểm sáng, dịch chuyển điểm sáng đó về chính giữa màn hình (điểm O)

+ Đưa các chuyển mạch kết nối đầu vào về vị trí AC, khi đó sẽ nhận được dao động đồ có dạng đường thẳng hoặc Elip Giả sử kết quả là đường Elip như Hình 4.1-b

+Xác định góc lệch pha: Xác định các khoảng lệch không và cực đại (Y0 và Ym) hoặc (X0 và Xm):

X Ym











=













=

∆

Xm

X Ym

arcsin

0 arcsin

∆ϕ =00 0< ∆ϕ <900 90< ∆ϕ <1800 ∆ϕ=1800 ∆ϕ =900

Hình 4.2 – Các cách tính góc lệch pha

- Tuỳ theo từng dạng dao động đồ mà cách định giá trị ∆ϕ khác nhau Phương pháp này không xác định được dấu của góc lệch pha Muốn xác định được dấu của ∆ϕ hay muốn biết tín hiệu nào sớm pha hay chậm pha hơn, ta sẽ chuyển sang quan sát rất nhanh ở chế độ quét tuyết tính Các tính góc lệch pha theo dạng dao đồng đồ như Hình 4.2

C Vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của các linh kiện và mạch điện tử

1 Vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của điốt (30 phút)

-Ô-xi-lô

(Chú ý không được nối đất chung của máy tạo sóng và máy hiện sóng) Hình 4.3 – Sơ đồ mạch vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của Điốt

(a) – Đặc tuyến của Điốt chỉnh lưu (b)- Đặc tuyến của Điốt ổn áp

Hình 4.4 – Kết quả đo

Sơ đồ đo mạch đo để vẽ đặc tuyến Vôn-Ampe của Điốt như Hình 4.3

+ Chọn R1=100Ω hoặc 1kΩ

+ Điều chỉnh máy tạo sóng phát ra xung tam giác, điều chỉnh biên độ xung (khoảng 10V)

và mức điện áp một chiều của xung (phím OFFSET) bằng 0V, tần số của xung khoảng 200-500 Hz

+ Điện áp UR được đưa vào kênh CH1, Điện áp ra –UD được đưa vào kênh CH2

+ Điều chỉnh Ô-xi-lô ở chế độ quét Lissajous sao cho:

• UR kênh CH1  kênh Y

• -UD kênh CH2  kênh X

Điều chỉnh các chuyển mạch như sau:

• Chọn chuyển mạch X-Y (chuyển sang chế độ quét lissajous)

• Vert.Mode  CH1  UCH1Kênh Y

• Source  CH2  UCH2Kênh X

+ Điều chỉnh các hệ số Volts/div (CH1 và CH2), POS-Y (CH1), POS-X để nhận được dao động đồ Lissajous nằm chính giữa và trong giới hạn màn hình Dao động đồ sẽ có đường thẳng hoặc đường Elip hay đường tròn

+ Xác định gốc trung tâm của dao động đồ: đưa các chuyển mạch kết nối đầu vào AC_GND_DC của cả 2 kênh về vị trí GND, trên màn hình sẽ là 1 điểm sáng, dịch chuyển điểm sáng đó về chính giữa màn hình - điểm (0,0)

+ Đưa các chuyển mạch kết nối đầu vào AC_GND_DC của cả 2 kênh về vị trí DC, khi đó

sẽ nhận được dao động đồ chính là dạng đặc tuyến Vôn-Ampe của Điốt Giả sử kết quả là Hình 4.4 Từ dạng đặc tuyến xác định loại Điốt chỉnh lưu hay Điốt ổn áp

+ Vẽ hoặc chụp ảnh lại dạng đặc tuyến Dựa vào đặc tuyến xác định được điện áp thông UT

của điôt và điện áp đánh thủng UBr của Điốt ổn áp (đó chính là điện áp ổn áp của loại Điốt này)

2) Vẽ đặc tuyến ra của BJT (30 phút):

Mắc mạch đo để vẽ đặc tuyến ra của BJT như Hình 4.5-a

Ch1 + - +Ch2

-Ô-xi-lô

2N2222

E 5

VR 100k R1 1k A

+

(a)- Sơ đồ đo (b)- Kết quả đo

Hình 4.5 - Vẽ đặc tuyến ra của BJT

+ Chọn Rc=100Ω hoặc 1kΩ

+ Điều chỉnh máy tạo sóng phát ra xung tam giác, điều chỉnh biên độ xung (khoảng 20V)

và mức điện áp một chiều của xung (phím OFFSET) bằng 0V, tần số của xung khoảng 200-500 Hz

+ Điện áp URc được đưa vào kênh CH1, Điện áp ra –UCE được đưa vào kênh CH2

+ Điều chỉnh Ô-xi-lô ở chế độ quét Lissajous sao cho:

• URc kênh CH1  kênh Y

• -UCE kênh CH2  kênh X

Điều chỉnh các chuyển mạch như sau:

• Chọn chuyển mạch X-Y (chuyển sang chế độ quét lissajous)

• Vert.Mode  CH1  UCH1Kênh Y

• Source  CH2  UCH2Kênh X

+ Điều chỉnh các hệ số Volts/div (CH1 và CH2), POS-Y (CH1), POS-X để nhận được dao động đồ Lissajous nằm chính giữa và trong giới hạn màn hình Dao động đồ sẽ có đường thẳng hoặc đường Elip hay đường tròn

+ Xác định gốc trung tâm của dao động đồ: đưa các chuyển mạch kết nối đầu vào AC_GND_DC của cả 2 kênh về vị trí GND, trên màn hình sẽ là 1 điểm sáng, dịch chuyển điểm sáng đó về chính giữa màn hình - điểm (0,0)