A (1) đã chuyển đổi

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - - TIỂU LUẬN ĐO LƯỜNG ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: TRÌNH BÀY VỀ MÁY HIỆN SÓNG Giảng viên hướng dẫn: ĐỖ QUỐC ĐÁNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TRỊNH HIỂN Chuyên ngành: ĐIỆN TỬ VIỄN THƠNG Lớp: D14ĐTVT Khóa: 2019-2023 Hà Nội, tháng năm 2021 MỤC LỤC A.Mở đầu I Lịch sử II Mục đích sử dụng loại oscilloscope dùng đo lường điện tử B Sơ đồ khối chức nó: I Sơ đồ khối cấu tạo Oscilloscope II Chức cấu tạo: Ống tia điện tử: a) Chức năng: b) Cấu tạo: Kênh lệch đứng Y 10 Kênh lệch ngang X đồng 11 Kênh điều khiển chế độ sáng Z 12 III Quỹ đạo chùm tia điện tử: 12 Xét quỹ đạo chùm tia điện tử qua điện trường Anot A1, A2: 12 Xét độ lệch tia điện tử theo chiều đứng: 13 Nguyên lý tạo ảnh máy sóng: 14 Mạch tạo điện áp quét đợi( mạch Boostrap) 14 a) Trạng thái ban đầu( t1>=t>=0): 15 b) Trạng thái tạo Uq( t3>=t>=t1) : 15 c) Trạng thái hồi phục : 16 Một số chế độ làm việc : 17 a) Quét liên tục đồng (ngoài ) 17 b) Quét đợi đồng : 17 c) Chế độ khuếch đại: 17 C - Ứng dụng oscilloscope: 18 Dùng để đo biên độ chu kỳ: 18 Đo lệch pha hai tín hiệu: 18 3.Xác định thời gian lên( rise time) thời gian xuống (fall time): từ 10% biên độ đến 90% biên độ 19 Vẽ đặc tuyến volt-ampere linh kiện điện tử: 19 D.Kết Luận 20 Danh mục tài liệu tham khảo 21 A.Mở đầu I Lịch sử Trong kỹ thuật đo lường điện tử, quan sát dạng tín hiệu yêu cầu để xác định tín hiệu( thường biểu diễn theo quan hệ biến thiên theo thời gian hay theo quan hệ tần số) Oscilloscope thiết bị giúp ta làm điều đó, chúng vẽ trực tiếp đồ thị biến thiên tín hiệu, giúp ta dễ dàng quan sát dạng( phân biệt loại cụ thể tín hiệu) xác định xác đại lượng cần đo Năm 1826, Johann Poggendorff phát minh điện kế gương để phát dòng điện Năm 1880,Jules Francois Joubert phát minh Hand-drawn oscillograms – tiền thân máy sóng đại, phương pháp “step by step” Tiếp theo đời ondograph hospitalier( gọi oscillographs) vào năm 1903 Mặc dù đời oscillograms, oscillographs(Ondograph Hospitalier), mirror galvanometer( điện kế gương) bước đột phá quan trọng, tất ba kỹ thuật hiển thị điện áp chậm, điều dẫn đến đời ống tia cathode( CRT – thành phần quan trọng oscilloscope), đề xuất Albert Hess Ferdinand Braun năm 1890, nhiên đến năm 1920 hình CRT trở thành thực tế phổ biến, đến năm 1920 oscilloscope sử dụng rộng rãi, khắc phục chập chạp hệ trước Năm 1985, tổng công ty LeCroy giới thiệu máy sóng số đầu tiên, phiên máy tín máy sóng tương tự.Ngày oscilloscope coi máy đo vạn năng, dùng rộng rãi ngành điện tử, mà dùng nhiều lĩnh vực khác, biến đổi học, sinh vật học, y học (được thực cách chuyển đổi lượng cần đo sang dạng lượng điện) Trong kỹ thuật điện tử, tần đoạn thường cao tần nên hầu hết oscilloscope loại khơng có qn tính(dao động ký điện tử), bao gồm loại tia bị khống chế từ trường điện trường Trong đo lường oscilloscope sử dụng nhiều loại tia điện tử bị khống chế từ trường II Mục đích sử dụng loại oscilloscope dùng đo lường điện tử Trong đo lường điện tử, quan sát tín hiệu biến đổi liên tục hay tín hiệu xung, với tần số lặp lại tương đối cao, cần thơng số chính( biên độ, độ rộng) dùng loại oscilloscope tương tự( analog) – chủ đề tiểu luận Oscilloscope tương tự(analog) Khi cần đo lường, quan sát đồng thời tín hiệu( để so sánh trực tiếp dao động chúng), ta dùng loại oscilloscope nhiều kênh, ưu điểm chúng cho phép ta đánh giá, so sánh thơng số, đặc tính chúng cách nhanh chóng hiệu Thường oscilloscope hai kênh có hai hệ thống súng điện tử riêng biệt ống phóng tia điện tử; oscilloscope nhiều hai kênh sử dụng thiết bị chuyển mạch điện tử trợ giúp( vẽ đồng thời từ 2, 4, 14 dao động) Cách thức chuyển mạch thông dụng chuyển mạch phân kênh theo thời gian chuyển mạch phân kênh theo biên độ ( theo mức) Oscilloscope loại kênh Khi cần nghiên cứu, đo lường tín hiệu độc lập( khơng lập lại, cịn gọi phi chu kỳ) ta dùng loại oscilloscope không đồng bộ(thường dùng loại oscilloscope khơng đồng có nhớ) Tùy theo yêu cầu nghiên cứu tùy thuộc vào tần số tín hiệu mà ta chọn có nhớ kiểu tương tự có nhớ kiểu số Khi cần nghiên cứu tín hiệu xung có độ rộng nhỏ hay tần số cao( tín hiệu siêu cao tần) dùng oscilloscope hoạt nghiệm, thực theo phương pháp lấy mẫu( oscilloscope stroboscope) Khi yêu cầu nghiên cứu chi tiết, cụ thể thơng số đặc tính tín hiệu hay muốn đo thơng số khác nó, muốn xử lý kết quan sát, so sánh giá trị chuẩn ta cần chọn oscilloscope có cấu tạo cài đặt vi xử lý( microprocessor) Ở phần sau tìm hiểu sơ đồ khối oscilloscope tính năng, tác dụng khối B Sơ đồ khối chức nó: I Sơ đồ khối cấu tạo Oscilloscope Bao gồm phần: Ống tia điện tử( thấy hình-1chỗ CRT hình 2) Kênh lệch đứng Y Kênh lệch ngang X đồng Kênh Z( khống chế độ sáng) II Chức cấu tạo: Ống tia điện tử: a) Chức năng: Là phận trung tâm oscilloscope, sử dụng loại ống tia khống chế điện trường Có nhiệm vụ hiển thị dạng sóng hình đối tượng điều khiển chính( Uy, Ux,UG) b) Cấu tạo: Ống tia điện tử CTR( viết tắc từ Cathode Ray Tube) ống thủy tinh hình trụ, đầu có chứa điện cực, phía cuối loe hình nón cụt, mặt đáy phủ lớp hình quang tạo thành hình Cấu tạo gồm phần: Màn hình: - Lớp huỳnh quang ( rõ hình vẽ) hợp chất photpho Ta lấy điện tử bắn tới hình làm ví dụ Khi có điện tử bắn tới hình (do hình dày đặc hợp chất Photpho nên xác xuất trúng nguyên tử PhotPho gần 100%), điện tử truyền động năng( điện tử chuyển động cực nhanh nên động lớn) cho điện tử lớp làm cho điện tử nhảy từ mức lượng thấp lên mức lượng cao tồn thời gian ngắn nhảy mức lượng thấp( không đủ lượng để khỏi nhân) phát photon ánh sáng – theo thuyết lượng tử ánh sáng Màu sắc ánh sáng thời gian tồn điểm sáng( độ dư huy hình) phụ thuộc vào hợp chất Photpho – thường từ vài μs đến vài s Súng điện tử: - Gồm sợi đốt F, catot K, lưới điều chế G( M), anot A1, A2 Nhiệm vụ: tạo gia tốc hội tụ chùm tia điện tử - Các điện cực có dạng hình trụ( làm Niken), riêng Katot có phủ lớp Oxit kim loại để tăng khả xạ điện từ - Các điện cực phía có vành rộng điện cực trước có nhiều vách ngăn Mục đích: chùm tia điện tử khơng q xa trục ống, việc hội tụ dễ dàng Với cấu tạo đặc biệt tạo từ trường khơng điều đặc biệt hội tụ gia tốc chùm tia Nguồn cấp: UK = -2 kV UKG = 0->50 V UA2 = V UA1 = 300 V Lưới điều chế G cấp điện âm so với K ghép sát K dễ dàng điều chỉnh cường độ chùm điện tử bắn tới hình Chiết áp G( điều chỉnh điện áp) thường đưa mặt máy ký hiệu Bright Intensity ->dùng để điều chỉnh sáng tối dao động đồ hình + Anot A1( anot hội tụ) có chiết áp điều chỉnh đưa mặt máy, ký hiệu Focus -> dùng để điều chỉnh độ hội tụ chùm tia điện tử hình + Anot A2( anot gia tốc) thường nối đất để tránh méo dao động để điện ấp cung cấp cho điện cực điện áp đối xứng - Hệ thống lái tia: Làm lệch chùm tia điện tử bắn tới hình theo chiều đứng chiều ngang hình Cấu tạo: gồm hai cặp phiến làm lệch đặt trước, sau bao quanh trục ống: + Cặp lái đứng Y1Y2 + Cặp lái ngang X1X2 Kênh lệch đứng Y Nhận tín hiệu vào cần quan sát, biến đổi tạo điện áp phù hợp cung cấp cho cặp lái đứng Y1, Y2 Gồm khối chức năng: - Chuyển mạch kết nối đầu vào S1: cho phép chọn chế độ hiển thị tín hiệu - S1 AC: hiển thị thành phần xoay chiều Uth - S1 DC: hiển thị thành phần chiều xoay chiều Uth - S1 GND: quan sát tín hiệu nối đất( 0V) - Mạch vào phân áp Y: có nhiệm vụ phối hợp trở kháng phân áp tín hiệu vào để tăng khả đo điện áp cao Thường dùng khâu phân áp R – C mắc liên tiếp nhau, hệ số phân áp không phụ thuộc vào tần số Chuyển mạch phân áp đưa ngồi mặt máy kí hiệu Volts/Div - Tiền khuếch đại: Có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung kệnh Y( thường cho mạch khuếch đại có trở kháng vào hệ số khuếch đại lớn) 10 -Dây trễ: có nhiệm vụ giữ chậm tín hiệu trước đưa tới khuếch đại Y đối xứng, thường dùng chế độ quét đợi để tránh phần sường trước tín hiệu quan sát Thường khâu L – C mắc nối tiếp - Khuếch đại Y đối xứng: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu, làm tăng độ nhạy chung kênh Y, đồng thời tạo điện áp đối xứng để cung cấp cho cặp lái đứng Y1Y2 - Tạo điện áp chuẩn: tạo điện áp chuẩn có biên độ, tần số biết trước, dùng để kiểm chuẩn lại hệ số lệch tia oscilloscope Kênh lệch ngang X đồng Có nhiệm vụ tạo điện áp quét phù hợp dạng đồng pha so với UY1Y2 để cung cấp cho cặp lái ngang X1X2 - Chuyển mạch đồng S2: cho phép ta chọn tín hiệu đồng khác +S2 CH: tự đồng bộ( Uđb = Uth) +S2 EXT: đồng ngồi( Uđb = UEXT), tín hiệu đồng đưa qua đầu vào EXT +S2 LINE: đồng với lưới điện AC 50Hz( Uđb = UAC50Hz lấy từ nguồn nuôi - Khuếch đại đồng tạo dạng: Khuếch đại tín hiệu Uđb phù hợp tạo dạng xung-nhọn-đơn-cực-tính có chu kỳ: Tx = Tđb - Tạo xung đồng bộ: chia tần Ux tạo xung đồng có chu kỳ: Txđb = nTx = nTđb Xung tạo điều khiển tạo điện áp quét để tạo Uq cưa tuyến tính theo chế độ quét đợi quét liên tục có chu kỳ:Tq = Txđb 11 - Khuếch đại X đối xứng: khuếch đại điện áp quét tạo điện áp đối xứng để đưa tới cặp lái ngang X1X2 - Mạch vào khuếch đại X: nhận tín hiệu UX khuếch đại, phân áp phù hợp - Chuyển mạch S3: chuyển mạch lựa chọn chế độ quét( quét liên tục, quét đợi) - Bộ tạo điện áp quét: tạo điện áp quét liên tục( quét đợi) đưa đến cặp phiến X Kênh điều khiển chế độ sáng Z -Có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều chế độ sáng Uz vào, thực chọn cực tính khuếch đại phù hợp đưa tới lưới điều chế G CRT III Quỹ đạo chùm tia điện tử: Chúng ta xem xét chùm tia điện tử từ lúc bắn đến hình hiển thị nguyên lý tạo ảnh hình hiển thị Xét quỹ đạo chùm tia điện tử qua điện trường Anot A1, A2: - UA2 > UA1 : đường sức điện trường có chiều từ A2 đến A1 - Electron chuyển động theo chiều từ A1 tới A2 -> ta phân tích thành hai thành phần lực, thành phần theo phương vng góc với chùm tia thành phần dọc theo chùm tia +Tại điểm A: chùm electron có khuynh hướng chuyển động dọc theo phương trục ống, đồng thời hội tụ với theo phương bán kính chùm tia 12 +Tại B: thành phần lực theo phương bán kính đổi chiều ngược lại ->chùm electron có khuynh hướng phân kỳ khỏi tâm theo phương bán kính Tuy nhiên cấu tạo điện cực, phân bố đường sức B bị cơng A -> phân lượng vận tốc B nhỏ A ->khuynh hướng hội tụ chùm electron lớn khuynh hướng phân kỳ nói đến ->electron di chuyển đến điểm O hình Xét độ lệch tia điện tử theo chiều đứng: -Khi Uy = 0: tia điện tử bắn tới hình điểm O - Khi Uy khác 0: điện trường phiến làm việc lệch làm lệch quỹ đạo tia điện tử theo chiều đứng bắn tới hình vị trí M, lệch khoảng y, ta có hình sau: Độ nhạy ống tia điện tử tính sau: Soy=y/Uy=(ly*Ly)/(2dy*UA) 13 Với: -Ly: khoảng cách từ cặp lái đứng đến hình - ly: chiều dài cặp phiến làm lệch - dy: khoảng cách hai phiến làm lệch - UA: điện áp gia tốc ống tia( phụ thuộc vào UA2 K) Tương tự độ lệch tia điện tử theo chiều ngang: X=(Ux*lx*Lx)/(2dx*UA)=Sox*Ux Nguyên lý tạo ảnh máy sóng: Điều khiển đồng thời tia điện tử theo hai trục: trục thẳng đứng trục nằm ngang( đưa vào đèn ống tia điện tử điện áp điều khiển UY UX Giả sử Uth = Umsinωt đưa vào kênh Y đưa tới cặp lái đứng Y1Y2; Uq = a.t đưa tới cặp lái ngang X1 X2 ->điện áp cặp lái tia sau: Uy =Uy1y2 = Uth.Sy với Sy = Ky.Soy Mạch tạo điện áp quét đợi( mạch Boostrap) -Nhận xét: D thông, tầng T1 hoạt động mạch TF đơn giản, T1 – khóa điện tử Điện áp tụ C ->T2 ->C*điện áp bù đưa điểm X để bù méo giảm dòng điện R gây -Hoạt động: 14 a) Trạng thái ban đầu( t1>=t>=0): - D thông : Ux = EC –UD gần Ec - T1 thơng bão hịa : Uc = UCbh = gần 0V - UC* = Ux – Uq gần EC b) Trạng thái tạo Uq( t3>=t>=t1) : t = t1 : Uđk có độ rộng τ = t2-t3 T1 tắt -> tụ C nạp điện theo giai đoạn : - Giai đoạn : t1Uq tăng, thông qua tụ C* làm cho UX tăng, D thông nên Uq tăng theo quy luật đường cong -Giai đoạn : 15 Khi t1 = t2 : UX tăng lơn EC UX tăng theo quy luật tuyến tính UC Tăng->Uq tăng C*>>C nên UX tăng tương ứng UR = UX – UC = constant Từ ->IR= constant, dịng nạp cho tụ C không đổi, với thời gian nạp tq = t3 – t2 c) Trạng thái hồi phục : t = t3 : kết thúc xung đầu vào, T1 bão hịa, tụ C phóng điện qua T1->UC giảm nên Uq =>UX giảm t = t4 : UXD thông trở lại =>Tụ C* nạp bổ sung, C* nạp đầy thời gian hồi phục kết thúc Nhận xét : - Trong giai đoạn tạo quét tq, UC tăng tuyến tính nhờ nguồn nạp C* có trị số cực lớn để tích điện( làm nhiệm vụ giống nguồn chiều nạp cho C) - Để giảm méo phi tuyến -> tầng khuếch đại T2 phải điều chỉnh cho kU ->1(R phải đủ lớn) - Tụ C* phải lớn khơng q lớn lớn thời gian hồi phục mạch tăng - Tụ C phải nhỏ không chọn nhỏ quá( tự C nhỏ tương đương tụ kí sinh -> mạch làm việc khơng ổn định) 16 Một số chế độ làm việc : a) Quét liên tục đồng (ngoài ) - Dùng để quan sát ảnh tín hiệu liên tục theo thời gian đo tham số chúng - S2 vị trí CH( EXT đồng ngồi), S3 vị trí - Tín hiều từ lối vào kênh Y, qua « mạch vào phân áp » Y khuếch đại tới mức định, sau giữ chậm lại đưa qua khuếch đại Y đối xứng để tạo tín hiệu có biên độ đủ lơn, đảo pha đưa tới phiến đứng b) Quét đợi đồng : - Dùng để quan sát đo tham số dãy xung khơng tuần hồn dãy xung tuần hồn có độ hổng lớn - S2 vị trí CH, S3 vị trí - Quá trình hoạt động: giống chế độ c) Chế độ khuếch đại: -Dùng để đo tần số, góc lệch pha, độ sâu điều chế, vẽ đặc tuyến VônAmpe diot dùng làm thiết bị so sánh HÌnh nhận oscilloscope gọi hình Lixazu - S3 vị trí - Bộ tạo quét ngắt khỏi trình hoạt động Oscilloscope làm việc theo kênh độc lập X, Y đầu vào X đầu vào tín hiệu 17 C - Ứng dụng oscilloscope: Dùng để đo biên độ chu kỳ: - Đo biên độ: Phụ thuộc vào nút phân tầm đo (theo đơn vị Volts/Div) Ví dụ: Votls/Div ở: n, khoảng cách hai đỉnh sóng m Vp-p = n.m -Đo chu kỳ: Phụ thuộc vào nút chu kỳ tín hiệu quét cưa( đơn vị μ sec/div) Ví dụ: giả sử để k sec/div, chu kỳ có l ngang chu kỳ : T= k.l Đo lệch pha hai tín hiệu: Hai tín hiệu lệch pha khoảng thời gian Δt Hai tín hiệu phải chu kỳ biên độ Cách tính: giả sử hai tín hiệu lệch a mà hình oscilloscope, khoảng thời gian lệch Δt( hình vẽ); chu kỳ T có b áp dụng công thức tam suất ta được: Δt=aT/b 18 3.Xác định thời gian lên( rise time) thời gian xuống (fall time): từ 10% biên độ đến 90% biên độ -Thời gian lên: tr = (số ô lên) x (time/div) - Thời gian xuống: tf = (số ô xuống ) x (time/div) Vẽ đặc tuyến volt-ampere linh kiện điện tử: Ta đùng oscilloscope để vẽ đặc tuyến Id = f(Vd) Sau ví dụ vẽ đặc tuyến volt-ampere oscilloscope: - Hình a) Mạch vẽ đặc tuyến V-I diod - Hình b) Đặc tuyến V-I diod hình dao động ký - Hình c) Mạch vẽ đặc tuyến VCF-IC transistor BJT theo thơng số IB - Hình d) Đặc tuyến VCF – IC hình dao động ký 19 D.Kết Luận Tóm lại thị trường loại máy sóng phổ biến áp dụng nhiều lĩnh vực sống.Nó cơng cụ giúp người làm nhiều việc có có lợi lĩnh vực y tế ,khoa học ,điện tử ,thiên văn, Trong tương lai hứa hẹn loại máy sóng cịn cải tiến phát triển để mang thêm lợi ích cho người 20 Danh mục tài liệu tham khảo Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử - tác giả Vũ Quý Điềm, Phạm Văn Tuân, Đỗ Lê Phú -Cơ sở đo lường điện tử - Học viện bưu viễn thơng -Đo lường điện tử - tác giả: Dư Quang Bình -http://en.wikipedia.org/wiki/Oscilloscope_history -http://www.ehow.com/about_5817217_history-oscilloscopes.html Và số nguồn từ internet( chủ yếu hình ảnh) 21 ... ondograph hospitalier( cịn gọi oscillographs) vào năm 1903 Mặc dù đời oscillograms, oscillographs(Ondograph Hospitalier), mirror galvanometer( điện kế gương) bước đột phá quan trọng, tất ba kỹ... chiều từ A2 đến A1 - Electron chuyển động theo chiều từ A1 tới A2 -> ta phân tích thành hai thành phần lực, thành phần theo phương vng góc với chùm tia thành phần dọc theo chùm tia +Tại điểm A: chùm... nằm ngang( đ? ?a vào đèn ống tia điện tử điện áp điều khiển UY UX Giả sử Uth = Umsinωt đ? ?a vào kênh Y đ? ?a tới cặp lái đứng Y1Y2; Uq = a. t đ? ?a tới cặp lái ngang X1 X2 ->điện áp cặp lái tia sau: Uy