Kỹ thuật đo lường điện – điện tử

trợ động M1 và M2 về cơ bản giống như sơ đồ hình 3-21. Mỗi mạch đều có bộ phận chỉnh mức 0, bộ khuếch đại cộng và một mạch lặp áp để hồi tiếp điện áp lấy từ con trượt của biến trở gắn với đầu bút ghi. Tầng khu M2 M1 Hình 3-24. Cơ cấu ghi theo tọa độ xy c xích trên bản vẽ sao cho điện áp lối ra của mạch là 1V. 10 1090 1090900)/1,0(A lợi Độ 43 432 1 =+ ++=+ ++= KK KKK RR RRR cmV Như vậy khi chuyển mạch S2 ở vị trí 0,1V/cm, thì với một tín hiệu vào 0,1V õ được khuếch đại lên thành 10 x 0,1V/cm = 1V; tín hiệu 1V này sẽ đưa tới bộ huếch đại cộng và sẽ tạo ra độ lệch 1cm của bút ghi. se k Lưu Thế Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 108 - Khi chuyển mạch ở vị trí 1V/cm, đầu ra của A1 được nối trực tiếp với đầu ào đảo, mạch khuếch huật toán trở thành mạch khuếch đại lặp lại. Như vậy ạch sẽ tạo độ lệch 1cm cho tín hiệu vào là 1V. Bậy giờ giả sử khóa S2 ở vị trí 0,01V/cm, độ lợi của mạch sẽ là: S2 đại tv m 100 10 1090900)/01,0(A lợi Độ 4 432 1 =++=++= K KKK R RRR cmV Như vậy, mạch sẽ tạo độ lệch 1cm đối với mỗi tín hiệu vào 0,01V. ” sang vị trí DU X Lúc này biến ở R5 cùng với R6 cho phép điều chỉnh độ lợi của mạch khuếch đại từ giá trị tối thiểu đến giá trị tối đa: Hình 3-25. Bộ khuếch đại đầu vào cho máy ghi theo tọa độ xy Khi khóa chuyển mạch S dịch chuyển tư1 ø vị trí “KHOẢNG ĐO “ ÍCH”, các điện trở R2, R3 và R4 ngắt khỏi đầu vào đảo của A1. tr 11 5 550 xích du lợi Độ 6 65 =+=+= K KK R RR § 9. KỸ THUẬT ĐO LƯỜNG BẰNG DAO ĐỘNG KÝ Dao động ký điện tử không chỉ là thiết bị để quan sát dạng của tín hiệu nghiên cứu, mà còn dùng để đo lường các thông số đặc tính của tín hiệu. Ví dụ, có thể đo biên độ, đo tần số, đo di pha, đo khoảng thời gian, đo hệ số điều chế… Các phương pháp đo dùng dao động ký rất thông dụng, vì phép đo đơn giản, thực hiện nhanh chóng và dễ dàng, kết quả đo khá chính xác. Một đặc điểm rất quan trọng của phép đo là trực quan, vừa quan sát được dạng tín hiệu nghiên cứu vừa đo đạc được các thông số đặc tính của tín hiệu. S1 + - A1Vi Khoảng đo S2 1V/cm Đến KĐ cộng R2 900K R1 Du xích 0.01V/cm R390K 0,1V/cm R4 50K R5 10K 5K R6 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 109 - 9.1. Đo biên độ, tần số và pha của điện áp tín hiệu Biên độ đỉnh – đỉnh của một dạng sóng đã hiện hình có thể đo được dễ dàng nhờ kích tấc dao động đồ trên màn hình. Trên hình 3-26 minh họa 2 sóng sin với biên độ và chu kỳ khác nhau trên cùng một màn hình. Vị trí các núm điều khiển thang độ và kích tấc dao động đồ VOLT/DIV cũng như núm chọn thời gian TIME/DIV như chỉ ra trên hình vẽ. Hình 3-26. Đo biên độ đỉnh – đỉnh và chu kỳ của sóng sin ạch các sóng là: – Sóng A: Ta thấy sóng A có biên độ 4,6 vạch chia, còn sóng B tương ứng với 2 v chia. Như vậy, theo vị trí của thang độ trên núm điều khiển VOLT/DIV là 100 mV ta có biên độ đỉnh – đỉnh của các điện áp sẽ là: - Sóng A: VApp = 4,5 vạch x 100 mV = 450 mV - Sóng B: VBpp = 2 vạch x 100 mV = 200 mV. Chu kỳ của sóng sin được xác định bằng cách đo số vạch ngang ứng với một chu kỳ nhân với giá trị của một ô được đặt trên núm điều khiển TIME/DIV. Theo số liệu trên hình 3-26 ta có chu kỳ và tần số của ms trìnhchu msvạchTA 2,2 2 5,08,8 =×= HzmsTf AA 4552,211 ≈== – Sóng B: ms trìnhchu msvạchTB 73,0 6 5,08,8 =×= kHzmsTf BB 36,173,011 === Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 110 - hương pháp minh họa ∆ϕ = 1,4 vạch x 45o/vạch = 63o. Hình 3-27. Đo hiệu số pha giữa 2 sóng sin 9.2. Đo các tham số xung. Hiệu số pha của hai sóng hình sin ∆ϕ được đo bằng p trên hình 3-27. Mỗi sóng có một chu kỳ ứng với 8 vạch ngang, và thời gian giữa các thời điểm bắt đầu mỗi chu trình là 1,4 vạch. Ta có 1 chu trình = 360o, như vậy, giá trị của mỗi vạch chia là: 1 vạch chia = 360o/8 = 45o Hiệu số pha của 2 điện áp sẽ là: Trong kỹ thuật xung, việc xác định các tham số của tín hiệu xung như : biên độ xung Am, th 1 2 ư việc quan sát dạn m số cần thiết. Trên hình 3-2 a t mạng 4 cực nào đó. – v øo: - Độ rộng xung (đỉnh xung) τ = 4,5 vạch x 1µs = 4,5µs; q = 3,5 vạch x 1µs = 3,5µs; o xung: Am = 2 vạch x 1V = 2V; T = 8vạch x 1 µs = 8 µs; àn số: f = 1/T = 1/8 µs = 125 kHz. – Đối với xung ra: - Thời gian trễ: td = 1vạch x 1 s = 1µs; - Mặt tăng: t1 = 0,8 vạch x 1µs = 0,8 µs; ët giảm t2 = 0,9 vạch x 1µs = 0,9 µs ời hạn (độ rộng) xung τ, sườn trước τ , sườn sau τ cũng nh g xung đặc biệt tiện lợi khi sử dụng dao động ký điện tử. Giả sử ta cần biết dạng tín hiệu lối vào và lối ra của một mạch điện tử nào đó, ta có thể cho hiện hình đồng thời 2 dạng sóng lối vào và lối ra trên màn dao động ký. Nhờ kích tấc dao động đồ và các toạ đ ä to rên màn hình ta dễ dàng xác định được các tha 8 l ón ộø hai dạng s g xung lối vào và lối ra của m Ta thấy xung lối ra bị trễ một thời gian td so với xung lối vào; ngoài ra sườn xung bị tích phân nên tạo ra mặt tăng t1 (thời hạn sườn trước) và mặt giảm t2 (thời hạn sườn sau). Giả sử núm điều khiển TIME/DIV ở vị trí 1µs, núm VOLT/DIV ở vị trí 1V thì các tham số của xung sẽ là. Đối với xung a - Độ rỗng xung - Biên đ ä - Chu kỳ: - Ta µ - Ma Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 111 - Hình 3-28. Đo các tham số xung Kết quả trên còn cho biết một tham số rất quan trọng gọi là tốc độ đáp ứng (slew rate) của mạch uếch đại thuật toán. ốc độ đáp ứng cho g tới đầu vào, và đo volt/µs. Theo hình 3-28, ta có độ biến hiên điện áp ở mặt tăng của xung là ∆ ø t1 = 0,7µs, như vậy tốc độ đáp ứng sẽ là: , thường dùng để đặc trưng cho các bộ kh biết phản ứng của mạch khi tác dụng xunT bằng đơn vị V = 2V, thời gian sườn trước la sV s V t V µµ /9,27,0 2 1 ≈=∆ Trên hình 3-29 là 2 dạng sóng xung vuông góc khi đưa vào máy hiện sóng cho thấy rằng khi ghép DC dạng sóng sẽ được tái tạo trung thực, nhưng khi ghép AC tụ ghép có thể gây méo dạng sóng nghiêm trọng ở tần thấp. Thời hạn sườn trước t Thời Thời hạn sườn sau tgian trễ td 2 1 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 112 - Hình 3-29. Sự méo dạng của sóng xung khi ghép AC. Tích số của điện dung ghép và điện trở vào là một đại lương gọi là hằng số thời gian vào của máy hiện sóng τi = RiCc Với giá trị Ri = 1MΩ, Cc = 0,1µF, ta có τI = 1MΩ. 0,1µF = 0,1s . Theo số liệu trên hình 3-29 thì độ rộng xung là 50ms, nó bằng một nửa thời hằng vào của máy hiện sóng. Khi độ rộng xung và khoảng cách giữa các xung nhỏ hơn nhiều so với thời hằng τI thì sự nạp của tụ không đáng kể, nên hầu như không gây méo dạng. Để tránh sự méo xung ở tần thấp thì độ rộng xung thường phải nhỏ hơn 1/20 lần thời hằng vào của máy hiện sóng. Trên hình 3-30 cho thấy sự méo dạng do cao tần gây ra. Trường hợp này không phụ thuộc vào ghép DC hay AC mà là do điện dung vào Ci của máy hiện sóng. Nếu RS làø điện trở của nguồn tín hiệu thì hằng số thời gian của mạch sẽ là τi=RSCi.. Trên hình vẽ với xung rất ngắn 0,2µs; RS = 1K; Ci = 30pF thì thời hằng của mạch vào là: τi = RSCi. = 0,03 µs; tụ Ci sẽ nạp và gây ra sự méo dạng xung. Nếu xung có độ rộng lớn hơn nhiều so với CiRS thì sự méo dạng là không đáng kể. Tóm la øo không làm méo dạng xung là: ïi điều kiện để mạch va ciiS CRCR 1 xung rộng Độ ≤≤ τ 20 20 (3-11) 9.3. Phương pháp hình Lissajou. Hình 3-30. Ảnh hưởng của điện dung vào làm méo dạng xung ở cao tần Nếu ngắt bộ dao động tạo quét của máy hiện sóng và đưa các sóng hình sin đồng thời vào 2 kênh XX và YY thì trên màn dao động ký sẽ xuất hiện dao động đồ Lissajou. Hình dạng của dao động đồ là đơn giản khi 2 điện áp cùng tần số, và hình sẽ có dạng rất phức tạp nếu 2 điện áp khác tần số. Có thể sử dụng hiệu ứng trên để đo tần số của các dao động hình sin. Trên hình 3-31 là sơ đồ minh họa nguyên tắc đo tần số bằng phương pháp hình Lissajou. Điện áp hình sin tần số fy đưa vào kênh lệch đứng YY, còn điện áp hình sin có tần số fx đưa vào kênh lệch ngang XX. Máy hiện sóng hoạt động ở chế độ ngắt bộ tạo quét trong. Khi thực hiện đồng bộ trên màn hình sẽ thu được dao động đồ Lissajou. Hãy cắt dao động đồ theo 2 trục dọc và ngang như hình vẽ sao cho số vết cắt là lớn nhất. Đếm số vế cắt theo trục dọc (m) và trục ngang (n). Tỷ số các vết cắt ấy chính bằng tỷ số hai tần số: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 113 - mf nfX = (3-12) Chẳng hạn, số liệu như tre Y ân hình vẽ ta có fy/f định được f . x = 3/4. Nếu biết trước tần số fy ta có th đồ Lissajou sẽ khác nhau. Trên hình 3-32 là dạng sóng ứng với một số trường hợp đặc biệt. rất phức tạp và khó điều chỉnh sự đồng b ra trên hìn iều chế độ sáng của hình. Nếu tần số chuẩn bằng tần ể dễ dàng xác x Sóng sin tần số fY Sóng sin tần số fX Hình 3-31. Sơ đồ đo tần số bằng phương pháp hình Lissajou. Tùy theo độ lệch pha giữa 2 điện áp mà hình dạng dao động Góc lệch pha ϕ Hình 3-32. Một số dạng dao động đồ Lissajou Phương pháp dao động đồ Lissajou để đo tần số chỉ thích hợp khi tỷ số giữa 2 tần số nhỏ hơn 3 đến 4 lần, khi lớn hơn hình hiện ra ộ. Trong các trường hợp này người ta thường sử dụng phương pháp quét tròn với sự điều chế độ chói của hình quét. Sơ đồ nguyên tắc của phương pháp này chỉ h 3-33. Điện áp chuẩn dùng để so sánh có tần số nhỏ hơn f1 được đưa qua một mạch xoay pha RC để tạo ra 2 điện áp cùng tần số, nhưng lệch pha nhau 90o, đưa đồng thời vào 2 lối vào XX và YY của dao động ký. Trên màn hình sẽ có dao động đồ hình tròn (hay elip). Thời gian để tia điện tử quét thành một vòng tròn chính bằng chu kỳ của điện áp mẫu. Điện áp cần đo có tần số lớn hơn f2 đuợc đưa tới cực điều chế M của dao động ký, nó sẽ đ Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 114 - số điện áp cần đo thì dao động đồ sẽ là một vòng tròn nửa sáng, nửa tối. cần đo ba số chuẩn ì ao độ đồ s là mo đứt nét Hình 3-33. Đo tần số bằng phương pháp quét vòng h để tỷ số giữa 2 1 đưa vào cực điều chế M. n hiệu. Dùng dao động ký để vẽ đặc tuyến tần số, đặc linh kiện bán dẫn, hay của một mạng 4 cực nói chung. Nếu tần số èng một bội số nguyên lần tần th d ng ẽ ät vòng tròn xen kẽ những vạch sáng và vạch tối. Đếm số vạch sáng hoặc vạch tối ta biết được tỷ số giữa 2 tần số : n = f2 /f1. Nguồn tín hiệu f1 Nguồn tín hiệu f2>f1 Khi thực hiện phép đo trên, điều kiện quan trọng là phải hiệu chỉn tần số là một bội số nguyên lần của nhau thì hình mới ổn định, nếu điều kiện trên không thỏa mãn dao động đồ sẽ không thể quan sát được. Nếu điện áp cần đo thấp hơn tần số chuẩn thì phải mắc ngược với trường hợp trên, nghĩa là đưa điện áp cần đo f2 vào các kênh XY, còn điện áp chuẩn f Ngoài các ứng dụng trên có thể sử dụng dao động ký điện tử trong các phép đo các thông số của dao động điều chế và phân tích phổ tí tuyến vôn – ampe của các Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 115 - CHƯƠNG IV: MÁY TẠO SÓNG ĐO LƯỜNG § 1. KHÁI NIỆM CHUNG Máy tạo sóng đo lường là bộ nguồn tạo ra các tín hiệu chuẩn về biên độ, tần số và dạng sóng dùng trong thử nghiệm và đo lường. Các máy tạo sóng trong phòng thí nghiệm có các dạng sau: – Máy tạo sóng sin tần thấp LF (low frequency); – Máy tạo sóng sin tần số vô tuyến RF (radio frequency); – Máy tạo hàm; – Máy phát xung; – Máy phát tần số quét, máy phát các tín hiệu thử nghiệm. Các máy tạo tín hiệu RF thường có dải tần số từ 0 ÷ 100kHz, với mức điện áp có thể điều chỉnh từ 0 ÷ 10V. Các máy tạo hàm cũng thường là máy phát RF với 3 dạng sóng đặc trưng là sóng vuông, sóng tam giác và sóng hình sin. § 2. MÁY TẠO SÓNG SIN TẦN THẤP LF Máy tạo dao động hình sin thực hiện việc biến đổi năng lượng nguồn dòng điện một chiều thành dòng xoay chiều có tần số theo yêu cầu. Cấu tạo của máy thực hiện trên cơ sở bộ khuếch đại có hồi tiếp dương đảm bảo chế độ tự kích ổn định ở tần số yêu cầu. Có nhiều kiểu tạo dao động sóng sin: dao động 3 điểm điện cảm (sơ đồ Colpits), dao động 3 điểm điện dung (sơ đồ Hartley), dao động cầu Wien. Dao động cầu Wien là mạch được sử dụng nhiều nhất vì cho dạng sóng lối ra có dạng sin tốt nhất với biên độ và tần số ổn định. Cầu Wien là một cầu AC, trong đó sự cân bằng của cầu đạt được ở một tần số nguồn riêng phụ thuộc vào các thành phần của cầu. Sơ đồ nguyên lý của một mạch dao động cầu Wien chỉ ra trên hình 4-1. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 116 - Hình 4-1. Mạch dao động cầu Wien ønh mạch khuếch đại kho Mạch khuếch đại thuật toán và các điện trở R3 , R4 tạo tha âng đảo. R1, R2, C1 và C2 tạo thành mạch hồi tiếp. Cầu đạt cân bằng khi thỏa mãn điều kiện: R 224 C 113 R C R += (4-1) R và 22112 1 CRCR f π= (4-2) Thường chọn R1 = R2 =R; C1 =C2 = C , khi đó ta có: R3 = 2R4 ; (4-3) Vàø: f = 1/2π RC (4-4) Ở tần số cân bằng của cầu, điện áp phát triển trên R2C2 (áp vào bộ khuếch đại) cùng pha với điện áp ra. Độ lợi của mạch khuếch đại là: ( ) 3443 =+= RRRAV Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý (4-5) Biên độ ra của tín hiệu có xu hướng tiến tới ± VCC và ± VE , điều này gây méo dạng sóng ra. Để khắc phục, người ta chia R3 ra làm 2 điện trở R5 + R6 và dùng thêm 2 diode mắc song song ngược chiều nhau (hình 4-2,a). R6 R5 D1 D2 R4 + C5 C3 C1 C6 C4 C2 R1 R2 a) b) S1 S2 Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 117 - u Thế Vinh Khoa Vật Lý Hình 4-2. Mạch ổn định biên độ (a) và mạch để điều chỉnh tần số (b) Khi biên độ điện áp ra nhỏ, sụt áp trên R6 không đủ để thiên áp thuận cho các diode. Lúc này độ lợi mạch khuếch đại là: 4 654 R RRR AV ++= (4-6) Khi biên độ điện áp ra đủ lớn để định thiên thuận cho các diode, thì R6 ngắn mạch và độ lợi của mạch sẽ giảm: 4 54 R RR AV += (4-7) Giá trị của hệ số khuếch đại AV < 3 để loại bỏ những biên độ ra lớn, nhờ vậy ổn định được biên độ điện áp ra. Để điều chỉnh tần số có thể thay đổi giá trị của R và C. Trên hình 4-2 dùng và các tụ C1, C2. 3 ông tắc S1 cho phép thay đổi giữa hai khoảng biên độ. m và điều chỉnh biên độ IB = 500nA. Bài giải. – Ta có, với R1 và R2 trong mạch (S1 mở) thì: VR3 = 0,1V; và VR1 + VR2 = Vi – VR3 = 5V – 0,1V = 4,9V I3 >> IB Giả sử IB = 100 µA. Khi đó R3 = 0,1V / 100µA = 1kΩ (chiết áp) các chuyển mạch S1 và S2 đồng trục để thay đổi đồng thời R1, R2 Để điều chỉnh biên độ sóng ra, sử dụng mạch điều chỉnh như hình 4-3. Trong đó các điện trở R1, R2 và R3 hình thành nên bộ chia áp làm giảm tín hiệu ra. Bộ khuếch đại thuật toán mắc theo kiểu lặp áp để tạo trở kháng ra thấp. R là chiết áp điều chỉnh biên độ ra. C Hình 4-3. Mạch suy giả sóng ra. Ví dụ: Một sóng sin 5V từ lối ra của bộ dao động cầu Wien cung cấp cho bộ suy giảm. Hãy tính các giá trị của R1, R2 và R3 để cho ra các khoảng điện áp ra từ 0 ÷ 0,1V; 0 ÷ 1V. Dòng phân cực lối vào của OPAMP là Lư Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 118 - và (R1 + R2) = 4,9 V / 100µA = 49kΩ. – Với R2 ngắt khỏi mạch (S1 đóng): VR3 = 1V, Và: I3 = VR3/R3 = 1V / 1kΩ = 1mA; 4kΩ; § 3. MÁY VR1 = 5V – 1V = 4V; R1 = 4V / 1mA = R2 = 49kΩ – 4kΩ = 45kΩ TẠO HÀM Máy tạo hàm là nguồn tín hiệu vuông, tam giác và sóng sin có dải tần điều chỉnh đ Hình 4-4. Sơ đồ khối của máy tạo hàm Tín hiệu lối ra mạch tích phân có dạng xung tam giác, còn lối ra mạch Schmitt trigger là dạng xung vuông. Liên kết phản hồi giữa lối ra và lối vào giữa 2 mạch tích phân và mạch Schmitt trigger tạo nên một hệ tự dao động. Tín hiệu dạng sin nhận được nhờ mạch tạo hàm sin từ xung tam giác. 3.1. Tầng da ược dễ dàng và có mạch dịch mức DC. Sơ đồ khối của máy tạo hàm chỉ ra trên hình 4-4. Mạch Schmitt triggertích phân Mạch suy giảm Tạo hàm sin o động chủ. Tầng dao động chủ thực hiện trên cơ sở liên kết mạch tích phân và trigger Schmitt như hình vẽ 4-5. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 119 - Hình 4-5. Tầng dao động chủ của máy phát hàm Mạch trigger Schmitt có 2 ngưỡng là: Vn1 Vn2 A2 A1 4 3 32,1 R R VV satn ⋅= m (4-8) Giả sử lối ra của trigger Schmitt đang ở mức bão hòa dương +V3sat, lúc này mgưỡng vào của trigger Schmitt là: 4 32 R VV satn ⋅+= (4-9) 3R Thế bão hòa dương +V3sat hồi tiếp về lối vào mạch tích phân A1. Lúc này thế lối vào mạch tích phân sẽ là: 0 1131 >⋅+= RVV sat (4-10) 1R Với R là điện trở phần dưới của biến trở R1. Thế lối ra mạch tích phân sẽ đi 11 xuống theo quy luật: 12 1 12 1 12 CR tV dtVV −=−= ∫ (4-11) CR hi thế lối ra mạch tích phân đạt mức ngưỡng 4 3 31 R R VV satn ⋅−=K mạch trigger Schmitt sẽ lật trạng thái lối ra xuống mức bão hòa âm –V3sat, Thế bão hòa âm này hồi tiếp trở về lối vào mạch tích phân , bây giờ thế lối vào mạch tích phân sẽ là: 0 1 11 3 ' 1 <⋅−= R R VV sat (4-12) Lúc này thế ra mạch tích phân dốc lên theo quy luật: Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 120 - 12 ' ' 12 ' 2 CR 1 1 1 tV dtV CR V +=−= ∫ (4-13) Khi V2’ đạt mức ngưỡng 4 3 32 R R VV satn ⋅+= , trigger lật trạng thái lối ra lên bão hòa dương, và trạng thái mạch lại trở về như ban đầu. Cứ như thế mạch tự duy trì dao động. Lối ra mạch trigger ta thu được chuỗi xung vuông cân xứng V3. Lối ra mạch tích phân ta thu đuợc chuỗi xung tam giác V2. Tần số của sóng lối ra được xác định bởi thời gian tụ C1 nạp từ Vn1 tới Vn2 và ngược lại. Ta có phương trình để tụ C1 nạp tuyến tính là: I VCt V tIC ∆=∆= 11 , (4-14) ∆V = Vn2 – Vn1 = 2Vn (4-15) Tần số dao động: VRC V VC I t ∆∆ 21222 (4-16) n n tính theo biểu thức (4-8) ta sẽ có biểu t mạch sẽ là: f === 1 1 1 Nếu thay ∆V = 2V và chú ý rằng V hức tính tần số dao động cực đại của 3 4 124 R 1 R CR f ⋅= (4-17) Ví du : Cho mạch dao động chủ như hình 4-5, trong đó C1 = 0,1 µF; R1 = 1K; R2 = 10K; Điện áp ngưỡng của trigger Schmitt là Vn = ± 3V. Hãy tính tần số của sóng C = ±15V. VCC – 1) = ± (15V – 1) = ± 14V; – Khi con trượt ở đỉnh chiết áp R : I2 = V1 / R2 = 14V / 10K = 1,4 mA; n1 1 2 = (0,1 µF x 6V) / 1,4 mA ≈ 0,43 ms; f = 1/ 2t = 1 / (2 x0,43ms) ≈ 1,17kHz. V1 = 10% của V3 = 10.14/100 = 1,4V; ( x4,3ms) ≈ 117Hz. 3.2. Bộ tạo hàm sin. ra khi tiếp điểm động của R1 ở đỉnh của chiết áp và khi nó ở 10% của R1 kể từ đáy. Cho điện áp nguồn nuôi là VC Ta có, V3 = ± ( 1 V1 = V3 = 14V, ∆V = Vn2 – V = 3V – (-3V) = 6 V; t = C ∆V / I – Khi con trượt ở 10% của R1 . I2 = 1,4V / 10K = 0,14mA; t = (0,1 µA x 6V) / 0,14mA ≈ 4,3 ms; f = 1/ 2t = 1/ 2 Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 121 - Để nhận được sóng sin từ sóng tam giác người ta dùng bộ tạo hàm sin. Có 2 diode (hình 4-6) và phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính. . Biến đổi sóng tam giác sang sóng sin 1, D2 và các điện trở R3, R4 thì R1 và R bộ chia áp bình thường. Lúc này tín hiệu ra là một biến thể đã suy giảm của sóng tam giác lối vào: phương pháp chính là phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính nhờ ma trận điện trở- Hình 4-6 Hoạt động của mạch tạo hàm nhờ phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính trên hình 4-6 như sau: Nếu không có mặt các diode D 2 là một 21 2 RR R VV io += (4-18) Khi có mặt D1, D2, R2, R4 trong mạch thì hoạt động của R1 và R2 vẫn giống như một bộ phân áp đơn giản cho tới khi điện áp hạ trên điện trở R2 vượt quá giá trị ngưỡng +V1. Lúc này D1 được thiên áp thuận nên dẫn dòng và điện trở R3 sẽ được mắc song song với R2. Thế lối ra bây giờ sẽ là: 221 32 // // RRR RR VV ≈ io + (4-19) Trị số của đie ). Khi điện áp vào trên R2 giảm x h thường như một bo i hi sụt áp VR2 giảm xuống dưới m – 1 än b y áp ra ị su giảm (kém dốc hơn c +V , diode D bị khóa, mạch lại uống dưới mứ 1 1 hoạt động bìn hia áp đơn giä c ản. Tương tự, trong nửa chu kỳ âm của điện áp vào V , k ức V , diode D 2 dẫn, làm R4 // R2 và thế lối ra sẽ là: 421 // RRR 42 // RR VV io ≈ + (4-20) Với R3 = R4 th g tương tự nửa dương. e nhiều hơn với các mức ngưỡng khác nhau ta có thể tạo được sóng ra có dạng gần đúng dạng sin. Trên hình 4-7 là mạch tạo hàm sin với ma ì dạng sóng nửa chu kỳ âm có dạn Khi dùng số mắt diod Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 122 - trận 6 diode - 6 điện trở, với 3 mức ngưỡng dương và 3 mức ngưỡng âm. Ta thấy độ dốc của sóng ra thay đổi 3 lần trong ¼ chu kỳ. Sóng ra có dạng gần sin. Hình 4-7. Bộ tạo hàm sin trên 6 diode àm sin là sử dụng phương pháp xấp xỉ hóa hình sin bằng những de có dạng đa thức bậc hai y = ax2 + bx + c (xấp xỉ từng đoạn bằng hàm bậc 2), hoặc dùng đặc tuyến vôn – ampe của điện trở bán dẫn (v ristor thức: Cách thứ 2 để tạo h đoạn không tuyến tính. Cơ sở của phương pháp này là chia hình sin ra làm nhiều đoạn và mỗi đoạn thay bằng các hàm phi tuyến. Ví dụ, đường đặc trưng vôn – ampe của dio a ) có dạng đa n∑= = nxay (xấp xỉ bằng các đoạn cong), hoặc dùng transistor trường FET có n (độ méo hình sin nhỏ hơn), nhưng thực hiện phức tạp hơn. § 4. M i ii 0 đặc tuyến vôn – ampe dạng y = asinx trong khoảng 0÷π⁄2. So với phương pháp xấp xỉ từng đoạn tuyến tính, phương pháp xấp xỉ từng đoạn không tuyến tính có độ chính xác cao hơ ÁY PHÁT XUNG Các máy phát xung thường bao gồm mạch tạo xung vuông góc, bộ dao động đa hài đơn ổn (monostable) và tầng lối ra với bộ suy giảm và dịch mức DC. 4.1. Đa hài phiếm định. Mạch tạo xung vuông vóc trên đa hài phiếm định (astable) có sơ đồ nguyên lý như trên hình 4-8. Lưu Thế Vinh Khoa Vật Lý Kỹ Thuật Đo Lường Điện –Điện tử - 123 - Vn2 Vn1 A Hình 4-8. Mạch tạo xung vuông trên đa hài phiếm định Mạch khuếch đại thuật toán A và các điện trở R2, R3 tác động như một trigger Schmitt đảo, có các ngưỡng bằng sụt áp trên R3 khi lối ra của khuếch đại thuật toán ở mức bão hòa: 32 3 02,1 RR R VVn = m + (4-21) Hoạt động của mạch như sau: Khi thế lối ra của trigger ở mức bão hòa dương, dòng qua R1 nạp cho tụ C1. Thế trên tụ C1 tăng theo quy luật: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= − 1 01 1 RC t C eVV (4-22) trigger chuyển trạng thái lối ra xuống bão hòa âm. Tụ C1 x